JP7060443B2 - A method for producing an oil-in-water emulsion and an oil-in-water emulsion. - Google Patents

A method for producing an oil-in-water emulsion and an oil-in-water emulsion. Download PDF

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Description

本発明は、水中油型エマルジョンおよび水中油型エマルジョンの製造方法に関し、より詳細には、安定性を確保した水中油型エマルジョンおよび水中油型エマルジョンの製造方法に関する。 The present invention relates to an oil-in-water emulsion and a method for producing an oil-in-water emulsion, and more particularly to a method for producing an oil-in-water emulsion and an oil-in-water emulsion in which stability is ensured.

シリカ、酸化チタン等の無機固体粒子を水中に分散させ、乳化状態、懸濁状態等とする水分散体は従来から知られ、レオロジー制御剤や化粧品への配合剤として広く使用されている。これら無機粒子の水分散体においては、無機粒子が水に溶解していないからこそ、分散状態において無機粒子が長時間沈降しないという安定性、および分散状態の水分散体中での局所的な偏りが生じていないという意味における均一性が重要となっている。
無機粒子として特にフュームドシリカを用いる際、疎水性シリカの場合には、水分散体に増粘かつチクソトロピーが付与される一方、水分散体そのものが増粘し過ぎ、かつ疎水性シリカ粒子が沈降するなどの不安定性があった。一方、親水性シリカの場合には、親水性シリカが水に溶解し、その意味で安定性が確保可能であるが、水分散体として高粘度が必要な用途に用いる場合には、不向きである。
以上のように、水分散体としての用途に応じて、要求される特性は変わるが、要求される特性と水分散体の安定性および均一性との両立は技術的に困難であった。
An aqueous dispersion in which inorganic solid particles such as silica and titanium oxide are dispersed in water to be in an emulsified state, a suspended state, etc. has been conventionally known and is widely used as a rheology control agent and a compounding agent for cosmetics. In the aqueous dispersion of these inorganic particles, the stability that the inorganic particles do not settle for a long time in the dispersed state and the local bias in the dispersed aqueous dispersion are due to the fact that the inorganic particles are not dissolved in water. Uniformity in the sense that is not occurring is important.
Especially when fumed silica is used as the inorganic particles, in the case of hydrophobic silica, the aqueous dispersion is imparted with thickening and thixotropy, while the aqueous dispersion itself is excessively thickened and the hydrophobic silica particles settle. There was instability such as. On the other hand, in the case of hydrophilic silica, the hydrophilic silica dissolves in water and stability can be ensured in that sense, but it is not suitable when used in applications requiring high viscosity as an aqueous dispersion. ..
As described above, although the required characteristics vary depending on the use as an aqueous dispersion, it is technically difficult to achieve both the required characteristics and the stability and uniformity of the aqueous dispersion.

この点、特許文献1は、無機粒子をシリカとした場合の水分散体として、シリカのバルク状態での接触角に注目し、接触角を最適化させることで、シリカの水分散体において、時間経過によるシリカの沈降を抑制する意味での安定性を向上させることが開示されている。
しかし、分散状態における安定性のみならず、分散状態における均一性を確保する点についての開示はなく、ましてや水分散体として要求される特性と水分散体の安定性および均一性との両立については、示唆すらなされていない。
In this regard, Patent Document 1 pays attention to the contact angle of silica in the bulk state as an aqueous dispersion when the inorganic particles are silica, and optimizes the contact angle in the aqueous dispersion of silica for a long time. It is disclosed to improve the stability in the sense of suppressing the sedimentation of silica over time.
However, there is no disclosure regarding not only the stability in the dispersed state but also the point of ensuring the uniformity in the dispersed state, let alone the compatibility between the characteristics required for the aqueous dispersion and the stability and uniformity of the aqueous dispersion. , Not even suggested.

一方、分散体の一態様である、固相または液相と、液相との乳化状態であるエマルジョンにおいて、従来から、界面活性剤を用いて乳化状態を形成する技術が知られており、エマルジョンにおいても水分散体と同様に、本来、固相または液相と、液相とが時間経過とともに分離しない意味における乳化状態での安定性が重要である。 On the other hand, in an emulsion which is an emulsified state of a solid phase or a liquid phase and a liquid phase, which is one aspect of a dispersion, a technique for forming an emulsified state using a surfactant has been conventionally known, and the emulsion. Similarly to the aqueous dispersion, stability in an emulsified state is important in the sense that the solid phase or the liquid phase and the liquid phase do not separate with the passage of time.

特許文献2には、特に、界面活性剤の代替として無機粒子を用いるピッカリングエマルジョンとして、酸化チタン粒子により種々油性成分が乳化されたものが化粧品等用途に用いられている。
さらに、特許文献3には、シリカ粒子によりシリコーンオイルその他のシリコーン物質を乳化したピッカリングエマルジョンも知られている。
このようなピッカリングエマルジョンは、水中油型エマルジョンとして、コアを構成する油滴と、油相と水相との界面である油滴の表面に存在する無機粒子とからなる複合粒子が複合粒子群として水相中に乳化状態で存在する形態をとる。
これらは、有機系界面活性剤を用いないでエマルジョンを形成することにより、環境に有害である有機系界面活性剤による弊害をなくしたり、機能剤としてのシリカを、粒子としてでなく水系で提供することが可能である点において、水中油型エマルジョンとして、医薬、食料品、消泡剤等多種の用途展開が期待されている。
このようなピッカリングエマルジョンにおいて、非特許文献1、非特許文献2および非特許文献3において、ピッカリングエマルジョンの安定性確保にとって、界面活性剤の代替としての無機粒子として、界面に存在する無機粒子の疎水性―親水性バランスが重要と指摘されている。
しかしながら、従来のピッカリングエマルジョンには、以下のような技術的問題点が存する。
In Patent Document 2, in particular, as a pickering emulsion using inorganic particles as a substitute for a surfactant, those in which various oily components are emulsified with titanium oxide particles are used for cosmetics and the like.
Further, Patent Document 3 also knows a pickering emulsion in which silicone oil and other silicone substances are emulsified with silica particles.
As an oil-in-water emulsion, such a pickering emulsion is composed of composite particles composed of oil droplets constituting a core and inorganic particles existing on the surface of the oil droplets at the interface between the oil phase and the aqueous phase. It takes the form of being in an emulsified state in the aqueous phase.
By forming an emulsion without using an organic surfactant, these eliminate the harmful effects of the organic surfactant, which is harmful to the environment, and provide silica as a functional agent in an aqueous system rather than as particles. As an oil-in-water emulsion, it is expected to be used in various applications such as pharmaceuticals, foodstuffs, and antifoaming agents.
In such a pickering emulsion, in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, inorganic particles existing at the interface as inorganic particles as an alternative to a surfactant for ensuring the stability of the pickering emulsion. It has been pointed out that the hydrophobic-hydrophilic balance of is important.
However, the conventional pickering emulsion has the following technical problems.

第1に、固相または液相と、液相とが時間経過とともに分離しない意味における乳化状態での安定性の確保が不十分である点である。
より詳細には、非特許文献1および非特許文献2においては、ピッカリングエマルジョンモデルとして、液相(たとえば、水相)と液相(たとえば、油相)の界面に球形粒子が存在する簡易モデルを構築して検討しているにすぎず、ピッカリングエマルジョンを形成するに際し、水相と液相との関係において無機粒子を添加するタイミング、および乳化するためのせん断速度、せん断時間がエマルジョンの特性にどのような影響を与えるかについては、着目されておらず、そのため、エマルジョンの安定性を支配する要素とメカニズムがほとんど解明されていない。
First, it is insufficient to secure the stability in the emulsified state in the sense that the solid phase or the liquid phase and the liquid phase do not separate with the passage of time.
More specifically, in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, as a pickling emulsion model, a simple model in which spherical particles are present at the interface between a liquid phase (for example, an aqueous phase) and a liquid phase (for example, an oil phase). When forming a pickering emulsion, the timing of adding inorganic particles in the relationship between the aqueous phase and the liquid phase, the shear rate for emulsification, and the shear time are the characteristics of the emulsion. No attention has been paid to how it affects the emulsion, and therefore the factors and mechanisms governing the stability of the emulsion have not been elucidated.

特に、無機粒子としてシリカを採用する場合に、シリカの凝集性に起因して形成される1次凝集体および2次凝集体が、疎水性―親水性バランスに対してどのような影響を与えるかについて、言及されていない。
この点、非特許文献3においては、無機粒子として疎水性シリカを用いて、疎水性シリカの表面に親水性高分子界面活性剤を吸着させることにより、疎水性―親水性バランスを調整し、以て、エマルジョンの特性を変える試みがなされている。
しかしながら、非特許文献3においては、無機粒子として疎水性シリカをベースに、親水性高分子界面活性剤を吸着させるのみであり、コアである油相も1種類であり、乳化する油剤の種類が限定されるという問題があるとともに、疎水性―親水性バランスがエマルジョンの特性に対して影響を与えるとしても、疎水性―親水性バランスの調整方法が、煩雑かつコスト高であり、エマルジョンを製品化するに際しての製品設計手法として確立されているものでない。
このような工業的なシリカ粒子によるピッカリングエマルジョンの設計手法としては、従来、シリカの表面のシラノール基を部分的に疎水化することにより油分を乳化的に取り囲むために、原料段階でシリカの疎水化度の前処理を行うに過ぎず、安定化したエマルジョンを工業的に実用化レベルで製造するのに、どのような設計パラメータに着目すべきかも不明であった。
In particular, when silica is used as the inorganic particles, how the primary and secondary aggregates formed due to the cohesiveness of silica affect the hydrophobic-hydrophilic balance. Is not mentioned.
In this regard, in Non-Patent Document 3, hydrophobic silica is used as the inorganic particles, and a hydrophilic polymer surfactant is adsorbed on the surface of the hydrophobic silica to adjust the hydrophobic-hydrophilic balance. Attempts have been made to change the properties of the emulsion.
However, in Non-Patent Document 3, based on hydrophobic silica as inorganic particles, only a hydrophilic polymer surfactant is adsorbed, the core oil phase is also one type, and the type of oil agent to be emulsified is There is a problem of limitation, and even if the hydrophobic-hydrophilic balance affects the properties of the emulsion, the method of adjusting the hydrophobic-hydrophilic balance is complicated and costly, and the emulsion is commercialized. It is not established as a product design method when doing so.
Conventionally, as a method for designing a pickering emulsion using such industrial silica particles, silica is hydrophobic at the raw material stage in order to emulsify the oil by partially hydrophobizing the silanol groups on the surface of silica. It was only a pretreatment of the degree of conversion, and it was unclear what design parameters should be focused on in order to produce a stabilized emulsion at an industrially practical level.

第2に、ピッカリングエマルジョン形成後、水分を除去することにより単離生成される、たとえば、各々、シリカ粒子がコアである油滴の表面(界面)に存在する複合粒子群は、無機粒子であるシリカ粒子が、油滴表面を被覆する態様でコア表面に対して強固に固着可能であるところ、機能剤としてのシリカ粒子と、別の機能剤としてのコアとが互いに別個に適用対象に対して適用される場合に比べ、複合粒子として適用対象に適用される方が有利な場面等、複合粒子群として多用途が期待されているにも関わらず、複合粒子群間のばらつきの問題に検討がなされていない。
より詳細には、複合粒子には、その諸元として、粒子径、被覆層厚、被覆度およびシリカ粒子のコア表面に対する埋め込み度(接触角)があり、粒子径、被覆層厚および被覆度は、複合粒子としての硬度に深く関係し、シリカ粒子のコア表面に対する埋め込み度は、シリカ粒子とコアとの固着程度に深く関連するところ、このような諸元について、複合粒子群間でばらつきを生じるのでは、信頼性のある製品提供が困難となる。
Secondly, the composite particle group that is isolated and produced by removing water after the pickering emulsion is formed, for example, the composite particles existing on the surface (intersection) of the oil droplets in which the silica particles are the core, are inorganic particles. Where certain silica particles can be firmly adhered to the core surface in a manner that covers the surface of oil droplets, the silica particles as a functional agent and the core as another functional agent are applied separately to each other. Although it is expected to be versatile as a composite particle group, such as when it is more advantageous to apply it as a composite particle than when it is applied, the problem of variation between composite particle groups is examined. Has not been done.
More specifically, composite particles have, as specifications, particle size, coating layer thickness, coverage and embedding degree (contact angle) of silica particles in the core surface, and particle size, coating layer thickness and coverage. , The degree of embedding of silica particles in the core surface is deeply related to the degree of adhesion between the silica particles and the core, and such specifications cause variations among the composite particle groups. Therefore, it becomes difficult to provide reliable products.

第3に、ピッカリングエマルジョンを形成する際、用途に応じて、複合粒子の諸元として、粒子径、被覆層厚、被覆度、埋め込み度(接触角度)を調整する点については、従来注目されていない。
より詳細には、たとえば、化粧品用途の場合、コアをシリコーンゴム粒子とする複合粒子を採用することが多いが、粒子径および被覆層厚が使用感に対して影響を与えるとしても、粒子径および被覆層厚をどのような手法で調整するのかについて、検討されていない。
より具体的には、複合粒子全体が柔らかければ、複合粒子の塗布後の肌への密着感に優れるが、塗布時に複合粒子が変形し、肌への接着面積が増大するともに、粒子間の摩擦抵抗が上がることから、複合粒子の肌への伸展性が低下するところ、コアであるゴム粒子を柔らかくする一方、外皮殻を構成するシリカ被覆層を硬くすることにより、このような伸展性を確保する技術が要望されている。
Thirdly, when forming a pickering emulsion, attention has been conventionally paid to adjusting the particle diameter, coating layer thickness, coating degree, and embedding degree (contact angle) as specifications of composite particles according to the application. Not.
More specifically, for example, in the case of cosmetic applications, composite particles having a core made of silicone rubber particles are often adopted, but even if the particle size and the coating layer thickness affect the usability, the particle size and the particle size and the thickness of the coating layer are affected. How to adjust the coating layer thickness has not been examined.
More specifically, if the entire composite particle is soft, the adhesion to the skin after the composite particle is applied is excellent, but the composite particle is deformed at the time of application, the adhesion area to the skin is increased, and the space between the particles is increased. Since the frictional resistance increases, the extensibility of the composite particles to the skin decreases. By softening the rubber particles that are the core, while hardening the silica coating layer that constitutes the outer shell, such extensibility is achieved. There is a demand for technology to secure it.

第2および第3の点に関連し、炭化水素の水素原子を一部フッ素原子で置き換えたものである、フルオロカーボンは、安定性、耐熱性、耐水性、耐油性、撥水性が通常のオルガノポリシロキサン、例えばジメチルポリシロキサン、よりもさらに優れ、撥油性など、通常のオルガノポリシロキサンには全く見られない特徴的な性質があることが知られているところ、オルガノポリシロキサンの骨格にフルオロカーボンの構造を導入する(フッ素含有オルガノポリシロキサン)ことにより、オイル、ゴム、レジンのような各種形態で、バルク状、溶液状、分散液状(あるいは懸濁液状)、被膜状、粒状(あるいは粉状)のような各種形状で、様々な用途に向けその優れた特性を発揮すべく用途が期待されているが、粒状、粉末状で用途展開することは現状では極めて難しい。
その理由は、フッ素含有オルガノポリシロキサンの超撥水性または超撥油性に起因して、水または有機溶剤の溶液または分散液、懸濁液を形成することが困難であり、これらの溶液中の溶媒を蒸発させることにより粒状または粉末状とすることができないので、代替として、ゴムまたはレジンの形態から粉砕などするしか方法がなく、そのため、粒状物または粉体の形状が不定形でありサイズのばらつきも大きいものであった。
Related to the second and third points, fluorocarbon, which is a hydrocarbon in which the hydrogen atom is partially replaced with a fluorine atom, is an organopoly having normal stability, heat resistance, water resistance, oil resistance, and water repellency. The structure of fluorocarbons in the skeleton of organopolysiloxanes is known to have characteristic properties not found in ordinary organopolysiloxanes, such as better than siloxanes such as dimethylpolysiloxanes and oil repellency. By introducing (fluorine-containing organopolysiloxane), in various forms such as oil, rubber, and resin, bulk, solution, dispersed liquid (or suspension), film, granular (or powder). Although various shapes such as these are expected to be used for various purposes in order to exhibit their excellent characteristics, it is extremely difficult to develop the applications in the form of granules or powders at present.
The reason is that due to the super water repellency or super oil repellency of the fluorine-containing organopolysiloxane, it is difficult to form a solution or dispersion of water or an organic solvent, a suspension, and the solvent in these solutions. Since it cannot be granulated or powdered by evaporating, the only alternative is to grind it from the form of rubber or resin, so the shape of the granules or powder is irregular and the size varies. Was also big.

この点、本件出願人は、特許文献4において、フュームドシリカ粒子のように、無機粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成して水中に分散している水分散体、およびこのような水分散体をベースに油分を添加する水中油型ピッカリングエマルジョンピッカリングにおいて、凝集体レベルでの交換(リアレンジメント)あるいは移動(配向)による安定性調整というメカニズムを見出している。
より詳細には、無機粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成して水中に分散している水分散体にあって、凝集体レベルでの交換(リアレンジメント)あるいは移動(配向)により、親水リッチ凝集体、疎水リッチ凝集体、およびその中間の凝集体(自己ミセル的凝集体)が生成され、自己ミセル的凝集体が、水分散体、およびこのような水分散体をベースに油分を添加する水中油型ピッカリングエマルジョンの安定性にとって、重要である点を発見している。
In this regard, in Patent Document 4, the applicant of the present invention disperses in water by forming high-level aggregates by non-chemical bonds between lower aggregates of the inorganic particle group, such as fumed silica particles. In an aqueous dispersion and an oil-in-water pickering emulsion pickering in which oil is added based on such an aqueous dispersion, a mechanism of stability adjustment by exchange (rearrangement) or movement (orientation) at the aggregate level is provided. I'm finding out.
More specifically, in an aqueous dispersion in which lower aggregates of the inorganic particle group form high-level aggregates by non-chemical bonds and are dispersed in water, exchange (rearrangement) at the aggregate level. ) Or migration (orientation) produces hydrophilic-rich aggregates, hydrophobic-rich aggregates, and intermediate aggregates (self-micellar aggregates), where self-micellar aggregates are aqueous dispersions, and such. We have discovered that it is important for the stability of oil-in-water pickering emulsions that add oil based on an aqueous dispersion.

しかしながら、フュームドシリカ粒子の高い凝集性から形成されるネットワーク構造と、水中油型ピッカリングエマルジョンの安定性との関係、特に、親水リッチ凝集体、疎水リッチ凝集体、および自己ミセル的凝集体において、同じまたは異なる凝集体間でネットワーク構造を形成することが水中油型ピッカリングエマルジョンの安定性にどのような影響を及ぼすかについては、不問であり、特に、超撥水性または超撥油性を有するフッ素含有オルガノポリシロキサンを油分とする水中油型ピッカリングエマルジョンがそもそも形成可能であるのか、形成されるための条件については、何らの検討をしていなかった。
これは、超撥水性または超撥油性を有するフッ素含有オルガノポリシロキサンを油分とする水中油型ピッカリングエマルジョンが形成可能であるとは予想されないことが、当時の当業者の技術常識であったことを示すものである。
However, the relationship between the network structure formed by the high agglomeration of fumed silica particles and the stability of oil-in-water pickering emulsions, especially in hydrophilic rich agglomerates, hydrophobic rich agglomerates, and self-micellar agglomerates. It does not matter how forming a network structure between the same or different aggregates affects the stability of an oil-in-water pickering emulsion, in particular it is superhydrophobic or superoil repellent. No studies have been made on whether an oil-in-water pickering emulsion containing a fluorine-containing organopolysiloxane as an oil can be formed in the first place, and the conditions for forming the emulsion.
It was a common general knowledge of those skilled in the art at that time that it was not expected that an oil-in-water pickering emulsion containing a fluorine-containing organopolysiloxane having superhydrophobicity or superhydrophobicity could be formed. Is shown.

特開2004-203735号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-203735 特開2000-95632号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-95632 特開2008-31487号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-31487 特許第6312234号Patent No. 631234

J.Jpn.Soc.Colour Mater.,89(6),203(2016)J. Jpn. Soc. Color Mater. , 89 (6), 203 (2016) J.Chem.Phys.,124,241104(2006)J. Chem. Phys. , 124, 241104 (2006) 平成22年度三重大学大学院工学研究科博士前期課程分子素材工学専攻鈴木智之氏修士論文2010 Master's Thesis by Tomoyuki Suzuki, Department of Molecular Materials Engineering, Graduate School of Engineering, Mie University

以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、安定性を確保した水中油型エマルジョンおよび水中油型エマルジョンの製造方法を提供することにある。
以上の技術的問題点に鑑み、本発明の目的は、定形的かつサイズのバラツキが小さいフッ素含有オルガノポリシロキサンによる粒状物または粉体の形成方法を提供することにある。
In view of the above technical problems, an object of the present invention is to provide an oil-in-water emulsion and a method for producing an oil-in-water emulsion that ensure stability.
In view of the above technical problems, an object of the present invention is to provide a method for forming granules or powders using a fluorine-containing organopolysiloxane, which is stylized and has a small variation in size.

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、フュームドシリカ粒子の凝集性に応じて、前記フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/前記フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル比率が、所定下限値以上、および/または、所定上限値以下に設定することにより、自己ミセル的凝集体、疎水リッチ凝集体、親水リッチ凝集体のうちのどの凝集体を主体的に生成するかが決まることを見出し、増粘性やチクソトロピー性付与等の目的に応じた水分散体が提供できることを見出した。また、特に自己ミセル型凝集体が安定かつ均一性に優れることを見出した。
また、無機粒子がフュームドシリカである場合は、前記合計モル数の比率が、原料シリカ段階で20/80~80/20の範囲に設定すれば、自己ミセル型凝集体リッチな水分散体ができることを見出した。
As a result of diligent studies, the present inventors have found that when the fumed silica particles form a network due to the high agglomeration of the fumed silica particles, the space is not a planar structure but a three-dimensional interior. The total number of moles of surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group / the fume, depending on the agglomeration of the fumed silica particles. By setting the total molar ratio, which is the total number of moles of the surface hydrophobic group in each of the dosilica particle groups, which is the total number of moles over the fumed silica particle group, to be equal to or higher than the predetermined lower limit value and / or to the predetermined upper limit value or less. We have found that which of the self-micellar aggregates, hydrophobic rich aggregates, and hydrophilic rich aggregates is proactively produced is determined, and an aqueous dispersion according to the purpose such as thickening and imparting thixotropic properties is available. I found that I could provide it. It was also found that the self-micellar aggregates are particularly stable and have excellent uniformity.
When the inorganic particles are fumed silica, if the ratio of the total number of moles is set in the range of 20/80 to 80/20 at the raw material silica stage, a self-micellar aggregate-rich aqueous dispersion can be obtained. I found out what I could do.

また、フュームドシリカ粒子の自己ミセル水分散体を油滴に被覆させることによる水中油型エマルジョン(ピッカリングエマルジョン)の得るために、主に、水分散体の段階で、所定値以上のせん断速度をかけることにより、2次凝集体間の1次凝集体のリアレンジメントおよび/または2次凝集体内の1次凝集体の配向を促進させることで、複合粒子間の疎水化度のばらつきが低減でき、より安定かつ均一な水中油型エマルジョンが生成することを見出した。 Further, in order to obtain an oil-in-water emulsion (pickering emulsion) by coating an oil droplet with a self-micellar aqueous dispersion of fumed silica particles, a shear rate of a predetermined value or higher is mainly obtained at the stage of the aqueous dispersion. By promoting the rearrangement of the primary aggregates among the secondary aggregates and / or the orientation of the primary aggregates in the secondary aggregates, the variation in the degree of hydrophobicity among the composite particles can be reduced. , Found that a more stable and uniform oil-in-water emulsion is produced.

本発明はこれらの知見によりなされたものである。
すなわち、本発明の水中油型エマルジョンおよび水中油型エマルジョンの製造方法、設計方法は、
(1)フュームドシリカ粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成するフュームドシリカ粒子群であって、内部に油分が含有したネットワーク状包囲構造体を形成する、ことを特徴とする水中油型エマルジョン、
(2)前記ネットワーク状包囲構造体は、親水リッチな下位の凝集体の高密度部分が水相と接し、疎水リッチな下位の凝集体の高密度部分が他の疎水リッチな下位の凝集体と接し、内部に空間を形成する自己ミセル的凝集体を含む、請求項1に記載の水中油型エマルジョン、
(3)前記自己ミセル的凝集体において、前記下位の凝集体同士が、ネットワーク状構造体を形成する、請求項2に記載の水中油型エマルジョン。
(4)表面のシラノール基を疎水化処理した疎水リッチなシリカ原料と表面のシラノール基が残留した親水リッチなシリカ原料とを所定割合で混合することにより、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を準備する段階と、
準備した2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を水に添加して、所定以上のせん断速度でせん断することにより、フュームドシリカ粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成するフュームドシリカ粒子群であって、内部にスペースを形成したネットワーク状包囲構造体を含む水分散体を生成する段階と、
生成した水分散体中に、油分を添加して、エマルジョンを形成する段階とを、有し、
それにより、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群により形成されるネットワーク状包囲構造体内部に油分が含有した形態の複合粒子群を含むことを特徴とする水中油型エマルジョンの製造方法、
(5)前記水分散体の生成段階前に、ネットワーク状包囲構造体の形態を調整するように、所定配合割合で、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤とを配合する段階を有する、請求項4に記載の水中油型エマルジョンの製造方法、
(6)前記ネットワーク状包囲構造体は、親水リッチな下位の凝集体の高密度部分が水相と接し、疎水リッチな下位の凝集体の高密度部分が他の疎水リッチな下位の凝集体と接し、内部に空間を形成する自己ミセル的凝集体を含む、請求項4ないまたは請求項5に記載の水中油型エマルジョンの製造方法、
(7)前記2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤との配合段階は、自己ミセル的凝集体が包囲する油滴に対する自己ミセル的凝集体の固着性を調整するように、所定配合割合を決定する段階を含む、請求項6に記載の水中油型エマルジョンの製造方法、および
(8)前記2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群の準備段階は、自己ミセル的凝集体の割合を調整するように、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/前記フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を、所定範囲として、疎水リッチなシリカ原料と親水リッチなシリカ原料とを混合する段階を有する、請求項6に記載の水中油型エマルジョンの製造方法である。

すなわち、本発明の粒状物または粉体の形成方法は、
(9)前記油分は、平均組成が一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンであり、
SiO(4-a―b)/2 (1)
[式(1)中、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、置換もしくは非置換の炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、置換もしくは非置換の炭素数6~30の芳香族基、水酸基、炭素数1~6のアルコキシ基または水素原子であり、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基で、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭化水素基であり、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満である]
請求項6または7に記載の水中油型エマルジョンの製造方法により製造される水中油型エマルジョンを利用して、スプレードライ法により水相を蒸発させることにより、所定範囲の粒径のバラツキを有する粒状物または粉体を形成する段階をさらに有する、ことを特徴とする粒状物または粉体の形成方法、および
(10)前記油分は、平均組成が一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンであり、
SiO(4-a―b)/2 (1)
[式(1)中、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、置換もしくは非置換の炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、置換もしくは非置換の炭素数6~30の芳香族基、水酸基、炭素数1~6のアルコキシ基または水素原子であり、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基で、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭化水素基であり、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満である]
請求項6または7に記載の水中油型エマルジョンの製造方法により製造される水中油型エマルジョンを利用して、スプレードライ法により水相を蒸発させることにより、油滴の外表面にフュームドシリカ粒子群が強固に固着する複合粒子群を形成する段階と、
基材の表面に複合粒子群を適用する際、フュームドシリカ粒子群を基材に先適用し、油分を基材に後適用する段階とを有する、ことを特徴とする粒状物または粉体の形成方法である。
The present invention has been made based on these findings.
That is, the method for producing and designing the oil-in-water emulsion and the oil-in-water emulsion of the present invention are as follows.
(1) A group of fumed silica particles in which lower aggregates of the group of fumed silica particles form high-level aggregates by non-chemical bonds, and form a network-like surrounding structure containing oil inside. , Featuring an oil-in-water emulsion,
(2) In the network-like surrounding structure, the high-density portion of the lower hydrophilicity-rich aggregate is in contact with the aqueous phase, and the high-density portion of the hydrophobic-rich lower aggregate is in contact with another hydrophobic-rich lower aggregate. The oil-in-water emulsion according to claim 1, which comprises a self-micellar aggregate that contacts and forms a space inside.
(3) The oil-in-water emulsion according to claim 2, wherein in the self-micellar aggregate, the lower aggregates form a network-like structure.
(4) A group of fumed silica particles having a secondary aggregation level by mixing a hydrophobic rich silica raw material obtained by hydrophobizing the surface silanol groups and a hydrophilic rich silica raw material having residual surface silanol groups at a predetermined ratio. And the stage of preparing
By adding the prepared fumed silica particle group at the secondary aggregation level to water and shearing at a shear rate of a predetermined value or higher, the lower aggregates of the fumed silica particle group are highly coagulated by non-chemical bonding. At the stage of forming an aqueous dispersion containing a network-like surrounding structure having a space formed inside, which is a group of fumed silica particles forming an aggregate.
It has a step of adding an oil component to form an emulsion in the generated aqueous dispersion.
A method for producing an oil-in-water emulsion, which comprises a composite particle group in a form containing oil in a network-like surrounding structure formed by a fumed silica particle group at a secondary aggregation level.
(5) Prior to the formation stage of the aqueous dispersion, the fumed silica particle group at the secondary aggregation level and the organic surfactant are blended in a predetermined blending ratio so as to adjust the morphology of the network-like surrounding structure. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 4, which has a step.
(6) In the network-like surrounding structure, the high-density portion of the lower hydrophilicity-rich aggregate is in contact with the aqueous phase, and the high-density portion of the hydrophobic-rich lower aggregate is in contact with another hydrophobic-rich lower aggregate. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 4 or 5, which comprises a self-micellar aggregate that contacts and forms a space inside.
(7) The compounding step of the fumed silica particle group at the secondary aggregation level and the organic surfactant adjusts the adhesion of the self-micellar aggregate to the oil droplets surrounded by the self-micellar aggregate. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 6, which comprises a step of determining a predetermined blending ratio, and (8) the preparation step of the fumed silica particle group at the secondary aggregation level are self-micellar aggregates. The total number of moles of surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group / the number of moles of surface hydrophobic groups in each of the fumed silica particle groups so as to adjust the ratio. The oil-in-water emulsion according to claim 6, further comprising a step of mixing the hydrophobic-rich silica raw material and the hydrophilic-rich silica raw material, with the total molar number ratio, which is the total number of moles over the fused silica particle group, as a predetermined range. It is a manufacturing method of.

That is, the method for forming granules or powders of the present invention is
(9) The oil content is an organopolysiloxane whose average composition is represented by the general formula (1).
R 1 a R 2 b SiO (4-ab) / 2 (1)
[In formula (1), R 1 may be the same or different in the molecule, and is a substituted or unsubstituted saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms, substituted or unsubstituted. It is an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom, and R 2 may be the same or different in the molecule and has 1 to 25 carbon atoms. Saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom, and b is not 0. Positive number, a + b is greater than or equal to 0.3 and less than 2.5]
Granules having a variation in particle size within a predetermined range by evaporating the aqueous phase by a spray-drying method using the oil-in-water emulsion produced by the method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 6 or 7. A method for forming a granular material or powder, which further comprises a step of forming the product or powder, and (10) the oil content is an organopolysiloxane whose average composition is represented by the general formula (1). can be,
R 1 a R 2 b SiO (4-ab) / 2 (1)
[In formula (1), R 1 may be the same or different in the molecule, and is a substituted or unsubstituted saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms, substituted or unsubstituted. It is an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom, and R 2 may be the same or different in the molecule and has 1 to 25 carbon atoms. Saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom, and b is not 0. Positive number, a + b is greater than or equal to 0.3 and less than 2.5]
Using the oil-in-water emulsion produced by the method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 6 or 7, the aqueous phase is evaporated by a spray-drying method to form fumed silica particles on the outer surface of the oil droplets. At the stage of forming a composite particle group in which the group firmly adheres,
When applying the composite particle group to the surface of the substrate, the granular material or powder is characterized by having a step of first applying the fumed silica particle group to the substrate and then applying the oil component to the substrate. It is a forming method.

発明の作用Action of invention

本発明によれば、水分散体の段階で、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成しつつ、シリカ粒子の交換および/または配向を促進することにより、安定かつ均一なフュームドシリカ粒子の自己ミセル水分散体を油滴に被覆した水中油型エマルジョン(ピッカリングエマルジョン)が生成できる。
より詳細には、水中油型ピッカリングエマルジョンにおいて、水相と油相との界面に存在するフュームドシリカ粒子群の疎水性/親水性の比率が、エマルジョンの安定性に重要であるところ、一方において、極めて高い凝集性を有するフュームドシリカにあって、たとえば、1次凝集体が凝集することにより形成される2次凝集体において、1次凝集体間でのネットワーク、または、2次凝集体間でのネットワークが形成され、特に、内部に油分が含有したネットワーク状包囲構造体が形成されることにより、水相と油相との界面におけるフュームドシリカ粒子の接触角(埋め込み度)の最適化が促進される。
なお、フュームドシリカと水との分散体を形成する際、フュームドシリカはその高い凝集性ゆえに、フュームドシリカを水に投入するだけでせん断をかけることなしに、ネットワーク構造を形成し始めるが、せん断をかけることにより、形成されたネットワーク構造が解体されるとともに、新たにネットワーク構造を形成しつつ、1次凝集体間でのアレンジまたは配向が促進され、疎水リッチ凝集体、自己ミセル的凝集体および親水リッチ凝集体それぞれが、ネットワーク構造体を形成するとともに、疎水リッチ凝集体、自己ミセル的凝集体および親水リッチ凝集体間でネットワーク状構造体を形成し、特に、自己ミセル的凝集体は、内部に油分が含有されるようなネットワーク状包囲構造体を形成する。
本発明によれば、水中油型エマルジョン中の複合粒子の諸元を調整できるので、安定で均一で信頼性の高い複合粒子を単離できる。
According to the present invention, due to the high cohesiveness of the fumed silica particles at the stage of the aqueous dispersion, when the fumed silica particles form a network, the space is not a planar structure but a three-dimensional interior. An oil-in-water emulsion in which oil droplets are coated with a self-micellar aqueous dispersion of fumed silica particles that is stable and uniform by promoting the exchange and / or orientation of silica particles while forming a surrounding structure. Pickering emulsion) can be produced.
More specifically, in an oil-in-water pickering emulsion, the hydrophobic / hydrophilic ratio of the fumed silica particles present at the interface between the aqueous phase and the oil phase is important for the stability of the emulsion, while In fumed silica having extremely high agglomeration, for example, in a secondary agglomerate formed by aggregating primary agglomerates, a network between the primary agglomerates or a secondary agglomerate. By forming a network between them, and in particular, by forming a network-like surrounding structure containing oil inside, the optimum contact angle (embedding degree) of the fumed silica particles at the interface between the aqueous phase and the oil phase is optimized. The conversion is promoted.
When forming a dispersion of fumed silica and water, due to its high cohesiveness, fumed silica begins to form a network structure simply by adding the fumed silica to water without shearing. By applying shear, the formed network structure is disassembled, and while forming a new network structure, the arrangement or orientation between the primary aggregates is promoted, and the hydrophobic rich aggregates and self-micellar coagulation are promoted. Aggregates and hydrophilic-rich aggregates each form a network structure, as well as a network-like structure between hydrophobic-rich aggregates, automicellar aggregates and hydrophilic-rich aggregates, especially automicellar aggregates. , Form a network-like surrounding structure containing oil inside.
According to the present invention, since the specifications of the composite particles in the oil-in-water emulsion can be adjusted, stable, uniform and highly reliable composite particles can be isolated.

界面活性剤による水中油型エマルジョンに対して、固形粒子による水中油型ピッカリングエマルジョンにおいては、水相と油相との界面に存在する固形粒子の親水性と疎水性とのバランスが、エマルジョンの安定性にとって重要なファクターであることは既知であるが、本発明者らは、固形粒子が、特にシリカ粒子の場合には、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、シリカ粒子を水に分散させた水分散体をベースに油分を添加することにより、水中油型ピッカリングエマルジョンを形成することがエマルジョンの安定性にとって重要であることを発見し、この事実に基づき、ピッカリングエマルジョン中のシリカ粒子と油分との複合粒子構造の形成メカニズムが、シリカ粒子の凝集性に起因して独特である点を基礎に、水中油型ピッカリングエマルジョンの安定性のみならず、シリカ粒子を水に分散させた水分散体の安定性を評価するパラメータとして、シリカ粒子の表面親水基と表面疎水基とのいわゆる合計モル数比率および合計モル比率のばらつきに注目することにより、出発原料であるシリカ粒子および油分それぞれの選択に対する制約が緩和可能であるとともに、用途に応じた水分散体の安定性と特性との両立、用途に応じたエマルジョン中の複合粒子構造の調整が可能であることを見出したものである。 In the oil-in-water pickering emulsion using solid particles, the balance between the hydrophilicity and hydrophobicity of the solid particles existing at the interface between the aqueous phase and the oil phase is the balance of the emulsion, as opposed to the oil-in-water emulsion using a surfactant. Although known to be an important factor for stability, we have found that, especially in the case of silica particles, the fumed silica particles are due to the high agglomeration of the fumed silica particles. When the group forms a network, it forms a surrounding structure that forms a space inside a three-dimensional structure instead of a planar structure, and by adding oil based on the aqueous dispersion in which silica particles are dispersed in water. , Discovered that forming an oil-in-water pickering emulsion is important for emulsion stability, and based on this fact, the mechanism of formation of the composite particle structure of silica particles and oil in the pickering emulsion is silica. Silica is a parameter for evaluating not only the stability of oil-in-water pickering emulsion but also the stability of an aqueous dispersion in which silica particles are dispersed in water, based on the uniqueness due to the agglomeration of particles. By paying attention to the so-called total molar number ratio and the variation in the total molar ratio between the surface hydrophilic group and the surface hydrophobic group of the particles, it is possible to relax the restrictions on the selection of the silica particles and the oil content as starting materials, and also for the application. It has been found that the stability and characteristics of the aqueous dispersion can be compatible with each other, and the composite particle structure in the emulsion can be adjusted according to the application.

本発明の無機粒子の水分散体の原料として用いられる無機粒子としては、シリカを用いることが好ましい。シリカはフュームドシリカ、湿式シリカ、コロイダルシリカ等の種類があるが、いずれの種類のシリカの粒子においても表面には親水性であるシラノールが存在することと、そのシラノール基を任意の割合でアルキル基等による疎水化処理を行うことができるために、表面の親水基と疎水基のモル比を設定することが容易である。また、シリカは、凝集構造を取ること、各種油分との親和性が高く、ピッカリングエマルジョンへも移行しやすいこと、入手容易性や経済性等の観点から、広汎な用途を与えることとなるため好ましい。
シリカ粒子は、無機粒子の中で必ずしも100%を占める必要はなく、部分的に含有していることでも構わない。シリカ粒子は、シリカ粒子以外の無機粒子とネットワークを形成し、水分散体を安定、均一に存在させるために主導的な役割はシリカ粒子が演じながら、他の無機粒子が補佐的に役割に加担することができるからである。
Silica is preferably used as the inorganic particles used as a raw material for the aqueous dispersion of the inorganic particles of the present invention. There are various types of silica such as fumed silica, wet silica, and colloidal silica. In all types of silica particles, hydrophilic silanol is present on the surface and the silanol group is alkylated at an arbitrary ratio. Since the hydrophobic treatment with a group or the like can be performed, it is easy to set the molar ratio of the hydrophilic group to the hydrophobic group on the surface. In addition, silica has a cohesive structure, has a high affinity with various oils, is easily transferred to pickering emulsions, and has a wide range of uses from the viewpoints of availability and economy. preferable.
The silica particles do not necessarily occupy 100% of the inorganic particles, and may be partially contained. Silica particles form a network with inorganic particles other than silica particles, and while silica particles play a leading role in making the aqueous dispersion exist stably and uniformly, other inorganic particles play a supporting role. Because it can be done.

水分散体の原料として最も好ましいシリカはフュームドシリカである。
フュームドシリカ粒子は、多次の凝集構造を取っている。そのため、凝集レベルに応じて表面の親水基と疎水基のバランスを制御したり、凝集単位を組み換えたりすることができる。そのため、本発明を実施するに当たり、最も効果的に水分散体の安定性、均一性を制御できる。
また、フュームドシリカ粒子は、多孔質構造を有しているので、表面積が大きくなり、より会合や吸着の機能が大きくなるため、水分散体を、より安定、均一に生成できるからである。また、各種油分への会合、吸着の機能が大きくなるため、ピッカリングエマルジョンへ移行する際にも有利である。
The most preferable silica as a raw material for the aqueous dispersion is fumed silica.
The fumed silica particles have a multi-order aggregated structure. Therefore, the balance between the hydrophilic group and the hydrophobic group on the surface can be controlled or the aggregation unit can be recombined according to the aggregation level. Therefore, in carrying out the present invention, the stability and uniformity of the aqueous dispersion can be controlled most effectively.
Further, since the fumed silica particles have a porous structure, the surface area becomes large and the functions of association and adsorption become larger, so that an aqueous dispersion can be produced more stably and uniformly. In addition, since the functions of associating with various oils and adsorbing are enhanced, it is also advantageous when migrating to a pickering emulsion.

フュームドシリカ粒子は、最小単位である1次粒子は、通常、5~30ナノメートル程度の大きさであり、1次粒子が凝集して1次凝集体、すなわち2次粒子を形成している。1次凝集体の大きさは、通常、100~400ナノメートル程度である。1次粒子同士は化学結合により融合しているので、1次凝集体を分離するのは通常困難である。さらに、1次凝集体同士が凝集構造を形成しており、これを2次凝集体、すなわち3次粒子と称する。2次凝集体の大きさは概ね10μm程度である。2次凝集体における1次凝集体間の凝集形態は、通常、化学結合ではなく、水素結合その他の会合性の凝集力によるものである。従って、何らかの外力を加えれば2次凝集体を1次凝集体レベルまでに、一部あるいは全部を分離することも可能である。例えば、水中で一定以上のせん断力をかける等である。分離した2次凝集体は、外力を取りされば再び2次凝集体として凝集する。

なお、本発明の説明においては、1、2次凝集体のことを適宜、1、2次凝集レベルでのシリカ粒子群と称することがある。
フュームドシリカ粒子は、粉末状では2次凝集体が多くの場合の最も大きな凝集レベルである。しかし、水分散体の状況では2次凝集体がさらに凝集することができる。その凝集を分離させる力は、2次凝集体を分離させる力よりも弱い力で分離できる。
ただし、上記の1次凝集体、2次凝集体という凝集レベルは必ずしも明確に形成されているとは限らず、例えば、1次凝集体と2次凝集体との中途段階のような凝集レベルもある程度連続して分布し混在する場合がある。そのような、分布の幅をも含んで、1次凝集体、2次凝集体と称することにする。
フュームドシリカ粒子は、特に2次凝集レベルにおいて、ネットワーク構造を取ることも知られており、このことがピッカリングエマルジョン用の無機粒子として使いやすい場合がある。
より詳細には、図1(あくまで模式図であり、本来はフュームドシリカ粒子のネットワーク状包囲構造体が油滴の外周面全体を覆っているが、見やすさのために、断面図的に表示している)に示すように、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する。ネットワークは、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、後に説明するように、フュームドシリカ粒子群と水との水分散体を形成する際、界面活性剤的な機能を奏するフュームドシリカ粒子群が水相と油相(油滴)との界面である油滴の表面に存在するのに、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、このような水分散体に油分を後添加する際、油滴を覆うような形態となる。
よって、後に説明するように、単一の油滴をベースとして、単一の油滴の外周面を覆うフュームドシリカ粒子の凝集体を特定することにより、自己ミセル的凝集体、親水リッチ凝集体および疎水リッチ凝集体間の区別が可能と考えられる。
The primary particles, which are the smallest units of fumed silica particles, usually have a size of about 5 to 30 nanometers, and the primary particles aggregate to form primary aggregates, that is, secondary particles. .. The size of the primary aggregate is usually about 100 to 400 nanometers. Since the primary particles are fused by chemical bonds, it is usually difficult to separate the primary aggregates. Further, the primary aggregates form an aggregate structure, which is referred to as a secondary aggregate, that is, a tertiary particle. The size of the secondary aggregate is about 10 μm. The agglomeration morphology between the primary agglomerates in the secondary agglomerates is usually due to hydrogen bonds or other associative cohesive forces rather than chemical bonds. Therefore, it is also possible to separate some or all of the secondary aggregates to the level of the primary aggregates by applying some external force. For example, a certain amount of shearing force is applied in water. The separated secondary aggregates aggregate again as secondary aggregates when an external force is applied.

In the description of the present invention, the primary and secondary aggregates may be appropriately referred to as silica particle groups at the primary and secondary aggregation levels.
Fumeed silica particles, in powder form, are often the highest level of agglomeration of secondary agglomerates. However, in the context of aqueous dispersions, secondary aggregates can further aggregate. The force for separating the agglomerates can be weaker than the force for separating the secondary agglomerates.
However, the above-mentioned aggregation levels of primary aggregates and secondary aggregates are not always clearly formed, and for example, aggregation levels such as the intermediate stage between primary aggregates and secondary aggregates are also available. It may be distributed continuously to some extent and mixed. Including the width of such distribution, it will be referred to as a primary aggregate and a secondary aggregate.
Fused silica particles are also known to have a network structure, especially at the secondary aggregation level, which may be easy to use as inorganic particles for pickering emulsions.
More specifically, FIG. 1 (only a schematic diagram, originally a network-like surrounding structure of fumed silica particles covers the entire outer peripheral surface of the oil droplets, but is shown in a cross-sectional view for ease of viewing. As shown in), the fumed silica particles form a network due to the high agglomeration of the fumed silica particles. The network is not a planar structure, but forms a surrounding structure that forms a space inside a three-dimensional shape, and as will be described later, it is interfacially active in forming an aqueous dispersion of fumed silica particles and water. Although the fumed silica particles that function as agents exist on the surface of the oil droplets, which is the interface between the aqueous phase and the oil phase (oil droplets), they form a surrounding structure that forms a space inside the three-dimensional shape. However, when oil is added to such an aqueous dispersion afterwards, it becomes a form that covers the oil droplets.
Therefore, as will be described later, by identifying aggregates of fumed silica particles covering the outer peripheral surface of a single oil droplet based on a single oil droplet, self-micellar aggregates and hydrophilic rich aggregates are identified. And it is considered possible to distinguish between hydrophobic rich aggregates.

以下、本発明による無機粒子の水分散体の水中での状態、水分散体の製造方法、用途について、フュームドシリカを原料として用いる場合について説明する。その説明において、1次凝集レベル、2次凝集レベルという用語の使用においては、100%そのレベルのみについての説明ではなく、主体的にはその凝集レベルに関することであることを意味する。
フュームドシリカ以外の無機粒子の水分散体の場合でも、基本的な部分は共通している。
Hereinafter, the state of the aqueous dispersion of inorganic particles according to the present invention in water, the method for producing the aqueous dispersion, and the use thereof will be described when fumed silica is used as a raw material. In that description, the use of the term primary agglomeration level and secondary agglomeration level means that the description is not 100% about that level alone, but is primarily about that agglomeration level.
Even in the case of an aqueous dispersion of inorganic particles other than fumed silica, the basic parts are common.

フュームドシリカ粒子を水中に分散させる場合に、どのような凝集体ができうるかについて、図2に示す。本明細書中では、便宜的に、親水リッチ凝集体、疎水リッチ凝集体、自己ミセル的凝集体という用語を用いる。自己ミセル的凝集体は本発明において見出した新たな概念である。また、本発明において、これら3種の凝集体の間の関係を見出したので、説明する。
フュームドシリカ粒子の表面の親水基/疎水基のモル比が親水基リッチである場合は、シリカ粒子表面と水が親和するため、シリカ粒子は水に溶解しやすく、2次凝集体14はそれ以上凝集せず単独で水中に安定して溶解している場合が多い。水分散体の粘度は低く、チクソトロピー性は低い。こうした凝集体を親水リッチ凝集体と称することにする。
フュームドシリカ粒子の表面の親水基/疎水基のモル比が疎水基リッチである場合は、シリカ粒子表面と水は親和しにくいため、シリカ粒子と水の接触面積をなるべく小さくする方向にシリカ粒子同士が配置しようとするため、シリカ粒子は凝集しやすくなる。水中で2次凝集体14同士が多数寄り集まる凝集体を形成する。従って、水分散体の粘度が高くなり、チクソトロピー性が大きくなる。この状態においては、水分散体の安定性は良好ではない。シリカ粒子の沈降等が経時により起こりやすくなる。こうした凝集体を疎水リッチ凝集体と称することにする。この状態は、既に疎水性のフュームドシリカとして既に、増粘剤やチクソトロピー性付与剤としての用途が存在している。ただし、使用者がシリカ粒子を水に分散させ直ちに目的の材料へ投入しなくてはならないという制約がある。
フュームドシリカ粒子の表面の親水基/疎水基のモル比が、親水リッチ凝集体と疎水リッチ凝集体との間の領域にある場合は、2次凝集体14において比較的親水度の高い1次凝集体10の密度が高い部分を水相と接し、比較的疎水度の高い1次凝集体12の密度が高い部分を他の2次粒子と接する凝集体を形成することができる。通常の界面活性剤の自己ミセルと類似の凝集形態なので、自己ミセル的凝集体と称することにする。この状態では、2次凝集体14の凝集個数は小さい数に限られ、凝集体のサイズも自ずと均質になるため、安定かつ均一な水分散体となる。自己ミセル的凝集体の外側、すなわち水相と接する部分には親水性基の濃度が高いので、親水リッチ凝集体に準じた十分に高い安定性を得ることができる。疎水リッチ凝集体よりはかなり安定である。自己ミセル的凝集体の内部には空間16があり、親油的な環境であるため、油分を外部から取り込みやすくなっている。自己ミセル的凝集体の粘度とチクソトロピー性は親水リッチ凝集体と疎水リッチ凝集体の中間的な性質である。界面活性剤の自己ミセルは、乳化しようとする油分との関係で、界面活性剤が余剰となった場合に形成されるが、フュームドシリカ粒子においては、油分の存在によらず、また濃度による影響も受けにくく、形成することができる。
FIG. 2 shows what kind of aggregates can be formed when the fumed silica particles are dispersed in water. In the present specification, the terms hydrophilic rich aggregate, hydrophobic rich aggregate, and self-micellar aggregate are used for convenience. Self-micellar aggregates are a novel concept found in the present invention. Further, in the present invention, the relationship between these three types of aggregates has been found and will be described.
When the molar ratio of hydrophilic groups / hydrophobic groups on the surface of the fumed silica particles is rich in hydrophilic groups, the surface of the silica particles is compatible with water, so that the silica particles are easily dissolved in water and the secondary aggregate 14 is the same. In many cases, they do not aggregate and are stably dissolved in water by themselves. The viscosity of the aqueous dispersion is low and the thixotropic property is low. Such aggregates will be referred to as hydrophilic rich aggregates.
When the molar ratio of hydrophilic groups / hydrophobic groups on the surface of the fumed silica particles is rich in hydrophobic groups, the surface of the silica particles and water are difficult to be compatible with each other. Since the silica particles tend to be arranged with each other, the silica particles tend to aggregate. A large number of secondary aggregates 14 gather together in water to form an aggregate. Therefore, the viscosity of the aqueous dispersion becomes high, and the thixotropic property becomes high. In this state, the stability of the aqueous dispersion is not good. Sedimentation of silica particles and the like are likely to occur over time. Such aggregates will be referred to as hydrophobic rich aggregates. This state has already been used as a thickening agent and a thixotropy-imparting agent as hydrophobic fumed silica. However, there is a restriction that the user must disperse the silica particles in water and immediately put them into the target material.
When the molar ratio of hydrophilic groups / hydrophobic groups on the surface of the fumed silica particles is in the region between the hydrophilic rich aggregates and the hydrophobic rich aggregates, the secondary aggregate 14 has a relatively high degree of hydrophilicity. It is possible to form an aggregate in which the dense portion of the aggregate 10 is in contact with the aqueous phase and the dense portion of the primary aggregate 12 having a relatively high hydrophobicity is in contact with other secondary particles. Since it has an aggregated form similar to that of a normal surfactant self-micelle, it is referred to as an automicellar aggregate. In this state, the number of aggregates of the secondary aggregates 14 is limited to a small number, and the size of the aggregates is naturally homogeneous, so that a stable and uniform aqueous dispersion is obtained. Since the concentration of the hydrophilic group is high on the outside of the self-micellar aggregate, that is, the portion in contact with the aqueous phase, it is possible to obtain sufficiently high stability similar to that of the hydrophilic rich aggregate. It is much more stable than hydrophobic rich aggregates. Since there is a space 16 inside the self-micellar aggregate and the environment is lipophilic, it is easy to take in oil from the outside. The viscosity and thixotropic properties of self-micellar aggregates are intermediate properties between hydrophilic-rich aggregates and hydrophobic-rich aggregates. Surfactant self-micelles are formed when the surfactant is in excess due to the relationship with the oil to be emulsified, but in fumed silica particles, it depends on the presence of oil and the concentration. It is not easily affected and can be formed.

界面活性剤の場合、低濃度では水分子と十分に相互作用をして界面活性剤一分子または一イオンの状態(単分散状態)で溶解しているが、ある特定の濃度以上になると、単分散状態の濃度は飽和濃度となり、それ以降の界面活性剤は会合をして超分子または自組織体を形成するようになり、これがいわゆる自己ミセルである。自己ミセルは、通常、親水部を外側、疎水部を内側にした会合構造である。
本発明者らは、2次凝集レベルのシリカの水分散状態においても同様に、飽和濃度を超えれば、このような親水部を外側、疎水部を内側にした会合構造である自己ミセル的凝集体が形成されることに注目するものである。ただし、飽和濃度は界面活性剤の場合よりはかなり低い。
In the case of a surfactant, at a low concentration, it sufficiently interacts with water molecules and dissolves in the state of one molecule or one ion of the surfactant (monodisperse state), but at a certain concentration or higher, it is simply. The concentration in the dispersed state becomes the saturated concentration, and the subsequent surfactants associate to form supermolecules or self-assembled bodies, which are so-called automicelles. Automicelles are usually an association structure with the hydrophilic part on the outside and the hydrophobic part on the inside.
Similarly, in the water-dispersed state of silica at the secondary aggregation level, the present inventors have a self-micellar aggregate having an association structure in which such a hydrophilic portion is on the outside and the hydrophobic portion is on the inside if the saturation concentration is exceeded. It is noted that is formed. However, the saturation concentration is much lower than that of the surfactant.

これら3種の凝集体を互いに相対的に定義すると下記のようになる。
疎水リッチ凝集体とは、フュームドシリカ粒子の凝集体として、自己ミセル的凝集体および親水リッチ凝集体と比較して、チクソトロピー性を発現するほどの疎水性を呈し、凝集レベルが高いフュームドシリカ粒子群の塊、親水リッチ凝集体とは、フュームドシリカ粒子の凝集体として、自己ミセル的凝集体および疎水リッチ凝集体と比較して、水に溶解するほどの疎水性を呈し、凝集レベルが低いフュームドシリカ粒子群の塊、自己ミセル的凝集体とは、フュームドシリカ粒子の凝集体として、疎水リッチ凝集体および親水リッチ凝集体と比較して、内側に疎水性、外側に親水性が発現され、凝集レベルが疎水リッチ凝集体と親水リッチ凝集体との間に位置するフュームドシリカ粒子群の塊であり内部に空間があり親油的であり、外部から油分を取り込みやすい構造である。
フュームドシリカ粒子以外の無機粒子でもこのような3種の凝集形態を有する場合がある。
The definitions of these three types of aggregates relative to each other are as follows.
Hydrophobic rich agglomerates, as agglomerates of fumed silica particles, exhibit hydrophobicity to the extent that they exhibit thixotropic properties as compared with self-micellar agglomerates and hydrophilic rich agglomerates, and have a high aggregation level of fumed silica. Agglomerates of a group of particles, hydrophilic rich agglomerates, as agglomerates of fumed silica particles, exhibit hydrophobicity enough to dissolve in water as compared with self-micellar agglomerates and hydrophobic rich agglomerates, and the aggregation level is high. A mass of low fumed silica particles, a self-micellar agglomerate, is an agglomerate of fumed silica particles that is more hydrophobic on the inside and hydrophilic on the outside as compared to hydrophobic rich agglomerates and hydrophilic rich agglomerates. It is a mass of fumed silica particles that is expressed and the aggregation level is located between the hydrophobic rich aggregate and the hydrophilic rich aggregate. It has a space inside and is pro-oil-like, and has a structure that easily takes in oil from the outside. ..
Inorganic particles other than fumed silica particles may also have such three types of aggregated morphology.

フュームドシリカ粒子の水分散体を製造するには、いずれの種類の凝集体を形成する場合でも、原料のシリカ粒子が水へ自発的に溶解ないしは分散することは困難であるため、何らかのせん断力を与える装置を用いる必要がある。通常の混合機、例えばホモジナイザー、コロイドミル、ホモミキサー、高速ステーターローター攪拌装置等を用いて作製することができる。 In order to produce an aqueous dispersion of fumed silica particles, it is difficult for the raw material silica particles to spontaneously dissolve or disperse in water regardless of the type of agglomerate formed, so some shearing force is applied. It is necessary to use a device that gives. It can be produced by using an ordinary mixer, for example, a homogenizer, a colloid mill, a homomixer, a high-speed stator rotor stirrer, or the like.

水分散体におけるフュームドシリカ粒子の配合量としては、水分散体組成物全量に対し0.1~30.0質量%の範囲が好ましく、0.2~10質量%の範囲であることがより好ましい。配合量が0.1質量%未満であると凝集が進まないことがあり、配合量が30.0質量%を超えると粘度が大きくなるために、攪拌装置の適正範囲を超えてしまう。 The blending amount of the fumed silica particles in the aqueous dispersion is preferably in the range of 0.1 to 30.0% by mass, more preferably in the range of 0.2 to 10% by mass, based on the total amount of the aqueous dispersion composition. preferable. If the blending amount is less than 0.1% by mass, aggregation may not proceed, and if the blending amount exceeds 30.0% by mass, the viscosity increases, which exceeds the appropriate range of the stirring device.

フュームドシリカ粒子の1次凝集体同士の凝集力は、特定のせん断力をかければ解き放たれ、そしてせん断を取りやめれば再び凝集する。従って、水分散体の製造において、特定のせん断をかければ、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成しつつ、別々の2次凝集体の間で、1次凝集体を交換することもできる。これにより、1つの2次凝集体の中の親水リッチな1次凝集体と疎水リッチな1次凝集体との割合を変えることができる。このような2次凝集体の間で、1次凝集体を交換をリアレンジメントと称することにする。
リアレンジメントを起こさせるには、7500s-1以上のせん断速度をかけるのが好適である。せん断速度が7500s-1未満だと十分なリアレンジメントが起こらない。リアレンジメンとを起こすためのせん断速度の上限値はないが、100000s-1を超えると装置上の不具合が生じやすくなつとともに、水分散体が加熱されることにより水分が蒸発したり、油分がある場合は分解が起こるなどの問題が生じる可能性があるので、好ましくない。
リアレンジメントを十分に起こさせることは、2次凝集体間の1次凝集体の交換を促進することになるので、水分散体の系全体のフュームドシリカ粒子の2次凝集体の中の親水リッチな1次凝集体と疎水リッチな1次凝集体との割合が、より均一なものになっていく。
また、リアレンジメントが起こるのに十分なせん断速度をシリカ粒子の凝集体に対しかけた場合、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成しつつ、同一の2次凝集体の中で、1次凝集体の移動が起こり、配置が変わる可能性もある。そして、自己ミセル的凝集体が形成される場合においては、図2に示されているように、疎水的な1次凝集体は、2粒子の凝集方向に向かって配向を起こす可能性がある。
The cohesive force between the primary aggregates of the fumed silica particles is released when a specific shearing force is applied, and reaggregates when the shearing is stopped. Therefore, in the production of aqueous dispersions, if specific shear is applied, due to the high cohesiveness of the fumed silica particles, when the fumed silica particles form a network, they are not a planar structure but a three-dimensional structure. It is also possible to exchange primary aggregates between separate secondary aggregates while forming a surrounding structure that forms a space inside. Thereby, the ratio of the hydrophilic-rich primary aggregate and the hydrophobic-rich primary aggregate in one secondary aggregate can be changed. The exchange of primary aggregates among such secondary aggregates will be referred to as rearrangement.
In order to cause rearrangement, it is preferable to apply a shear rate of 7500s -1 or higher. If the shear rate is less than 7500s -1 , sufficient rearrangement will not occur. There is no upper limit of the shear rate for raising the rearrangement, but if it exceeds 100,000s -1 , problems on the device are likely to occur, and the water is evaporated or the oil content is released due to the heating of the aqueous dispersion. In some cases, problems such as decomposition may occur, which is not preferable.
Sufficient rearrangement promotes the exchange of primary aggregates between secondary aggregates, and thus the hydrophilicity of the fumed silica particles throughout the system of aqueous dispersions in the secondary aggregates. The ratio of the rich primary aggregate to the hydrophobic rich primary aggregate becomes more uniform.
Also, when a sufficient shear rate is applied to the agglomerates of silica particles for rearrangement to occur, the planes of the fumed silica particles form a network due to the high agglomeration of the fumed silica particles. While forming a surrounding structure that forms a space inside a three-dimensional structure instead of a shaped structure, movement of the primary agglomerates may occur in the same secondary agglomerates, and the arrangement may change. Then, when self-micellar aggregates are formed, as shown in FIG. 2, the hydrophobic primary aggregates may be oriented toward the aggregation direction of the two particles.

上記説明と図2に図式的に示したように、フュームドシリカ粒子の親水性/疎水性の程度により最もできやすい凝集体の種類が異なってくる。
より具体的には、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率が、所定の下限以下であれば、疎水リッチ凝集体が主に生成する。そして、合計モル比率が所定の上限以上であれば、親水リッチ凝集体が主に生成する。そして、合計モル比率が所定の下限以上かつ上限以下であれば、自己ミセル的凝集体が主に生成する。
フュームドシリカの場合は、合計モル比率の下限値は概ね20/80である。上限値は概ね80/20である。
As shown in the above description and graphically in FIG. 2, the types of aggregates most likely to form differ depending on the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the fumed silica particles.
More specifically, the total number of moles of surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group / the number of moles of surface hydrophobic groups in each of the fumed silica particle groups. If the total number of moles ratio, which is the total number of moles over the group, is not more than a predetermined lower limit, hydrophobic rich aggregates are mainly produced. When the total molar ratio is equal to or higher than a predetermined upper limit, hydrophilic rich aggregates are mainly produced. When the total molar ratio is not less than a predetermined lower limit and not more than the upper limit, self-micellar aggregates are mainly produced.
In the case of fumed silica, the lower limit of the total molar ratio is approximately 20/80. The upper limit is approximately 80/20.

本発明では、フュームドシリカの粒子のリアレンジメントを起こすために、一定以上のせん断力をかければ、出発物質としてのフュームドシリカの状態には制約を受けないことを思いがけずも発見した。すなわち、原料段階で、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を、20/80以上および/または80/20以下に設定しさえすれば、原料のシリカの種類は問わない。表面のシラノール基が残留した親水性シリカ粒子であっても、表面のシラノール基を疎水化処理した疎水性シリカ粒子であってもよく、これらを任意に混合して用いてもよい。また、任意の比率で疎水化処理されたフュームドシリカでもよい。これらのフュームドシリカ粒子は市販のものを利用できる。あるいは、親水性シリカ粒子を、メチルトリクロロシランのようなハロゲン化有機ケイ素やジメチルジアルコキシシランのようなアルコキシシラン類、シラザン、低分子量のメチルポリシロキサンで処理する公知の方法によって疎水化することができる。
以上のシリカ粒子は、乾燥状態での比表面積が、2~350m/gの微粉末であることが好ましく、特に、50~300m/gであることが好ましい。
In the present invention, it has been unexpectedly discovered that the state of fumed silica as a starting material is not restricted as long as a certain amount of shearing force is applied in order to cause rearrangement of the particles of fumed silica. That is, at the raw material stage, the total number of moles of the surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particles groups is the total number of moles over the fumed silica particles group / the number of moles of the surface hydrophobic groups in each of the fumed silica particles groups is the number of moles of the fumed silica particles. The type of silica as a raw material does not matter as long as the total number of moles ratio, which is the total number of moles over the group, is set to 20/80 or more and / or 80/20 or less. Hydrophilic silica particles having residual silanol groups on the surface or hydrophobic silica particles obtained by hydrophobizing the silanol groups on the surface may be used, and these may be arbitrarily mixed and used. Further, fumed silica which has been hydrophobized at an arbitrary ratio may be used. Commercially available fumed silica particles can be used. Alternatively, the hydrophilic silica particles can be hydrophobized by a known method of treating with a halogenated organosilicon such as methyltrichlorosilane, alkoxysilanes such as dimethyldialkoxysilane, silazane, or low molecular weight methylpolysiloxane. can.
The above silica particles preferably have a specific surface area of 2 to 350 m 2 / g in a dry state, and are particularly preferably 50 to 300 m 2 / g.

原料としては上記の種類のフュームドシリカ粒子を利用できるが、原料段階で、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を、20/80以上および/または80/20以下に設定することが必要である。
この場合、水とフュームドシリカ粒子群との水分散体を形成する際、フュームドシリカ粒子の高い凝集性より、水にフュームドシリカ粒子群を充填することにより、一定以上のせん断力をかける前に、フュームドシリカ粒子によりネットワーク構造が形成されるが、このネットワーク構造は、主に、2次凝集体間のネットワーク構造であり、せん断等何らかの外力を加えれば2次凝集体を1次凝集体までに、一部あるいは全部を分離することが可能であり、一定以上のせん断力をかけることにより、ネットワーク構造が解体され、上述のように、再び、1次凝集体レベルで、立体状の内部に空間を形成するネットワーク状包囲構造体を形成しつつ、フュームドシリカ粒子の凝集性をベースとして、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群間における1次凝集レベルでの交換および/または2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子における1次凝集レベルでの配向を促進することにより、外側に親水性部分、内側に疎水性部分の密度が高い自己ミセル的凝集体が主体となり、主体である自己ミセル的凝集体間の均質化を促進することが可能となる。
As the raw material, the above-mentioned types of fumed silica particles can be used, but at the raw material stage, the total number of moles of the surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups is the total number of moles over the fumed silica particle group / fumed silica particle group. It is necessary to set the total number of moles ratio, which is the total number of moles of the number of moles of the surface hydrophobic group in each of the fumed silica particle groups, to 20/80 or more and / or 80/20 or less.
In this case, when forming an aqueous dispersion of water and the fumed silica particle group, a certain level of shearing force is applied by filling the water with the fumed silica particle group due to the high aggregation property of the fumed silica particles. Previously, a network structure was formed by fumed silica particles, but this network structure is mainly a network structure between secondary aggregates, and if some external force such as shearing is applied, the secondary aggregates will be primary aggregated. It is possible to separate part or all of the particles by the time they are aggregated, and by applying a certain amount of shearing force, the network structure is disassembled, and as described above, again at the primary aggregate level, three-dimensional. Exchange and / or 2 at the primary aggregation level between the fumed silica particle groups at the secondary aggregation level based on the aggregation of the fumed silica particles while forming a network-like surrounding structure that forms a space inside. By promoting the orientation of the fumed silica particles at the secondary aggregation level at the primary aggregation level, self-micellar aggregates having a high density of hydrophilic portions on the outside and hydrophobic portions on the inside become the main constituents, and the self is the main constituent. It becomes possible to promote homogenization between micellar aggregates.

本発明で得られる無機粒子の水分散体は、従来存在しなかった安定かつ均一で、かつ増粘性やチクソトロピー性付与といった機能も与えられるので、非常に多くの新しい用途が拓ける。かつ、市販のシリカを用い、原料段階で親水基と疎水基のモル比率を調整し、通常の装置で製造できるので、コスト的、肯定的に大きなメリットを生む。 The aqueous dispersion of inorganic particles obtained by the present invention is stable and uniform, which has not existed in the past, and is also provided with functions such as thickening and imparting thixotropy, so that many new applications can be opened up. In addition, using commercially available silica, the molar ratio of hydrophilic groups and hydrophobic groups can be adjusted at the raw material stage, and the product can be manufactured with a normal device, which produces a great advantage in terms of cost and positive.

本発明によれば、フュームドシリカ粒子の合計モル比率を設定することにより、疎水リッチ凝集体、親水リッチ凝集体、または自己ミセル的凝集体の存在割合を変化させることが可能になる。そのことにより、新たな用途展開が可能になる。
自己ミセル的凝集体は、疎水リッチ凝集体ほどではないにせよ、増粘作用およびチクソトロピー性付与作用を有している。かつ、安定性、均一性に優れる。
よって、合計モル比率を20/80以上に設定すれば、自己ミセル的凝集体と疎水リッチ凝集体が混在する状態となる。このような場合、従来の疎水的フュームドシリカによる増粘剤、チクソトロピー性付与剤よりも安定性が向上する。すなわち、安定性および増粘性・チクソトロピー性の双方を重視した新たな用途が可能になる。例えば、塗料やポリマー材料に添加して増粘性やチクソトロピー性を付与する場合は、従来のようなシリカ粒子がすぐに沈降するような不安定さがないので、安定な水分散体として製品化が可能になる。ユーザーでの貯蔵安定性が増し、ユーザーで水分散体を調製する必要がなくなるので、取扱い容易性が向上する。
According to the present invention, by setting the total molar ratio of fumed silica particles, it is possible to change the abundance ratio of hydrophobic rich aggregates, hydrophilic rich aggregates, or self-micellar aggregates. This makes it possible to develop new applications.
Self-micellar aggregates have thickening and thixotropic effects, though not as much as hydrophobic rich aggregates. Moreover, it is excellent in stability and uniformity.
Therefore, if the total molar ratio is set to 20/80 or more, self-micellar aggregates and hydrophobic rich aggregates are mixed. In such a case, the stability is improved as compared with the conventional thickener and thixotropy-imparting agent using hydrophobic fumed silica. That is, new applications that emphasize both stability and viscosity / thixotropic properties become possible. For example, when added to paints and polymer materials to impart viscosity and thixotropic properties, it is not unstable as in the case of conventional silica particles that settle immediately, so it can be commercialized as a stable aqueous dispersion. It will be possible. The storage stability for the user is increased, and the user does not need to prepare the aqueous dispersion, so that the ease of handling is improved.

合計モル比率を80/20以下に設定すれば、自己ミセル的凝集体と親水リッチ凝集体が混在する状態となる。このような場合、従来の親水的フュームドシリカでは安定性はよいものの、増粘性、チクソトロピー性はほとんど得られなかったことに比較すれば、増粘性、チクソトロピー性はある程度増大する。すなわち、安定性および低粘度性の双方を重視した新たな用途が可能になる。例えば、クリームや乳液状の化粧料のような、程度の小さい増粘性、チクソトロピー性が求められている場合で、かつ良好な安定性が求められるような場合における新たな用途が拓ける。また、ユーザーでの貯蔵安定性は良好であり、ユーザーで水分散体を調製する必要がなくなるので、取扱い容易性が向上する。 If the total molar ratio is set to 80/20 or less, self-micellar aggregates and hydrophilic rich aggregates are mixed. In such a case, although the conventional hydrophilic fumed silica has good stability, the thickening and thixotropic properties are increased to some extent as compared with the case where the thickening and thixotropic properties are hardly obtained. That is, new applications that emphasize both stability and low viscosity become possible. For example, new applications can be opened up in cases where a small degree of viscosity increase and thixotropy are required, such as creams and milky cosmetics, and where good stability is required. In addition, the storage stability for the user is good, and the user does not need to prepare the aqueous dispersion, so that the ease of handling is improved.

合計モル比率を20/80以上、かつ、80/20以下に設定すれば、自己ミセル的凝集体が中心に存在する状態となる。この場合は、安定であり、かつ、ある程度の粘度、チクソトロピー性がある状態である。さらに、疎水リッチ凝集体や親水リッチ凝集体が存在しないので、均一な状態である。
従って、増粘、チクソトロピー性付与を中心とした機能付与剤として安定かつ均一なものを提供できることになるので、非常に幅広い用途展開が可能になる。同一バッチ内における昨日のばらつきやバッチ間のばらつきも低減できる。このような特長を利用できる用途としては、化粧品、機能性塗料、機能性コーティング剤、接着剤、建築用シーラントなど非常に多くの用途が考えられる。しかも、各用途の所望の増粘やチクソトロピー性付与の程度を、合計モル比率を適宜調整することにより、合わせることが可能になる。また、ユーザーでの貯蔵安定性は良好であり、ユーザーで水分散体を調製する必要がなくなるので、取扱い容易性が向上する。
When the total molar ratio is set to 20/80 or more and 80/20 or less, the self-micellar aggregate is present in the center. In this case, it is stable and has a certain degree of viscosity and thixotropic property. Further, since there are no hydrophobic rich aggregates or hydrophilic rich aggregates, the state is uniform.
Therefore, it is possible to provide a stable and uniform function-imparting agent centered on thickening and thixotropic property, and it is possible to develop a very wide range of applications. It is possible to reduce yesterday's variability and batch-to-batch variability within the same batch. There are many conceivable uses for which such features can be utilized, such as cosmetics, functional paints, functional coating agents, adhesives, and building sealants. Moreover, the degree of thickening and thixotropic property imparting desired for each application can be adjusted by appropriately adjusting the total molar ratio. In addition, the storage stability for the user is good, and the user does not need to prepare the aqueous dispersion, so that the ease of handling is improved.

本発明によるピッカリングエマルジョンは、2次凝集体のフュームドシリカ粒子群により形成される自己ミセル的凝集体内部に油分が含有した形態の複合粒子群を含み、複合粒子群それぞれは、自己ミセル的凝集体が油滴の表面を被覆している水中油型エマルジョンである。水分散体において自己ミセル型凝集体が安定であることが、基本的にピッカリングエマルジョンにも当てはまる。
自己ミセル的凝集体により油滴が被覆されることにより、安定かつ均一で、再現性のよいピッカリングエマルジョンが生成する。
The pickering emulsion according to the present invention contains a composite particle group in the form of oil contained in the self-micellar aggregate formed by the fumed silica particle group of the secondary aggregate, and each of the composite particle groups is self-micellar. An oil-in-water emulsion in which agglomerates cover the surface of oil droplets. The stability of self-micellar aggregates in aqueous dispersions basically also applies to pickering emulsions.
The oil droplets are coated with self-micellar aggregates to produce a stable, uniform and reproducible pickering emulsion.

フュームドシリカの2次凝集体は通常の存在形態では、その大きさが約10μm程度と言われている。しかし、本発明による水中油型エマルジョンでは、球形のシリカ粒子の塊状物が被覆しており、1つの塊状物は0.1μmから数μm程度の大きさであることが多い。従って、2次凝集体と言っても、ごく一部には1次凝集体を含み、1次から2次への中途の段階の凝集体を含んでいる可能性がある。あるいは、2次凝集体が、一般的に存在するよりも密に形成されていることが考えられる。 It is said that the size of the secondary aggregate of fumed silica is about 10 μm in the normal existence form. However, in the oil-in-water emulsion according to the present invention, a mass of spherical silica particles is coated, and one mass is often in the size of about 0.1 μm to several μm. Therefore, even if it is called a secondary aggregate, it may contain a primary aggregate in a small part and an aggregate in an intermediate stage from the primary to the secondary. Alternatively, it is possible that the secondary aggregates are formed more densely than they generally exist.

本発明の水中油型乳化組成物に含まれる油分としては、限定されるものではなく、あらゆる種類の油性成分を用いることができる。例えば、シリコーン、鉱物油、合成油、植物油、動物油、等を用いることができる。
シリコーンは、産業用、化粧品用等の広汎な用途で優れた特性を与えるので好ましい油分であり。その種類は限定されない。例えば、鎖状ポリシロキサン(例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等)、環状ポリシロキサン(例えば、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン等)、3次元網目構造を形成しているシリコーン樹脂、シリコーンゴム、各種変性ポリシロキサン(アミノ変性ポリシロキサン、ポリエーテル変性ポリシロキサン、アルキル変性ポリシロキサン、フッ素変性ポリシロキサン等)、アルケニル変性ポリシロキサン、ハイドロジェンポリシロキサン、アクリルシリコーン類等が挙げられる。
The oil content contained in the oil-in-water emulsified composition of the present invention is not limited, and any kind of oily component can be used. For example, silicone, mineral oil, synthetic oil, vegetable oil, animal oil, etc. can be used.
Silicone is a preferable oil because it gives excellent properties in a wide range of applications such as industrial use and cosmetics. The type is not limited. For example, chain polysiloxane (eg, dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, diphenylpolysiloxane, etc.), cyclic polysiloxane (eg, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, dodecamethylcyclohexasiloxane, etc.), Silicone resin, silicone rubber, various modified polysiloxanes (amino-modified polysiloxane, polyether-modified polysiloxane, alkyl-modified polysiloxane, fluorine-modified polysiloxane, etc.) forming a three-dimensional network structure, alkenyl-modified polysiloxane, hydrogen Examples thereof include polysiloxane and acrylic silicones.

油分の粘度も限定されない。また、流動性さえあれば、固形成分を含むものでもよい。また、流動性を有するゴムまたはゴム含有物、あるいはエマルジョン形成後に硬化しゴムになるような硬化性ゴム組成物でもよい。 The viscosity of the oil is also not limited. Further, as long as it has fluidity, it may contain a solid component. Further, a rubber having fluidity or a rubber-containing material, or a curable rubber composition that cures after forming an emulsion to become rubber may be used.

水中油型乳化組成物に含まれる油分が、フッ素含有オルガノポリシロキサンの場合、平均組成式は一般式(1)で表される。
SiO(4-a―b)/2 (1)
[式(1)中、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、置換もしくは非置換の炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、置換もしくは非置換の炭素数6~30の芳香族基、水酸基、炭素数1~6のアルコキシ基または水素原子であり、Rは、分子中で同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基で、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭化水素基であり、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満である]
a、bはシロキサン結合の次数と関係する数値であり、a+bが2.0であれば成分(A)は直鎖のシロキサンを示す。本発明では、a+bが0.3以上かつ2.5未満なので、成分(A)はオイル、ゴム、レジン、硬化性組成物等のいずれの形態のものでもよい。
When the oil contained in the oil-in-water emulsified composition is a fluorine-containing organopolysiloxane, the average composition formula is represented by the general formula (1).
R 1 a R 2 b SiO (4-ab) / 2 (1)
[In formula (1), R 1 may be the same or different in the molecule, and is a substituted or unsubstituted saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms, substituted or unsubstituted. It is an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom, and R 2 may be the same or different in the molecule and has 1 to 25 carbon atoms. Saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom, and b is not 0. Positive number, a + b is greater than or equal to 0.3 and less than 2.5]
a and b are numerical values related to the order of the siloxane bond, and if a + b is 2.0, the component (A) indicates a linear siloxane. In the present invention, since a + b is 0.3 or more and less than 2.5, the component (A) may be in any form of oil, rubber, resin, curable composition and the like.

上記の有機基Rは、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、メチルベンジル基等のアラルキル基;-CH-CH-CH-N、-CH-CH-CH-NH(CH)、-CH-CH-CH-N(CH、-CH-CH-NH-CH-CH-NH、-CH-CH-CH-NH(CH)、-CH-CH-CH-NH-CH-CH-NH、-CH-CH-CH-NH-CH-CH-N(CH、-CH-CH-CH-NH-CH-CH-NH(CHCH)、-CH-CH-CH-NH-CH-CH-N(CHCH、-CH-CH-CH-NH-CH-CH2-NH(cyclo-C11)で表される窒素含有炭化水素基;炭化水素基中の水素原子の一部または全部がハロゲン原子、シアノ基等によって置換されたクロロメチル基、2-ブロモエチル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、3-クロロプロピル基、クロロフェニル基、ジブロモフェニル基、テトラクロロフェニル基、ジフルオロフェニル基、β-シアノエチル基、γ-シアノプロピル基、β-シアノプロピル基等の置換炭化水素基等が挙げられる。
特に好ましい有機基はメチル基、フェニル基である。
また、硬化反応を起させるような置換基、例えば、ビニル基、アリル基等の不飽和炭化水素基、珪素原子に結合した水素等が含まれていてもよい。
Specifically, the above-mentioned organic group R 1 includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, a neopentyl group, a hexyl group, a 2-ethylhexyl group and a heptyl. Alkyl group such as group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group; cycloalkyl group such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group; aryl such as phenyl group, trill group, xylyl group, biphenyl group and naphthyl group Group; Aralkyl group such as benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, methylbenzyl group; -CH 2 -CH 2 -CH 2 -N 2 , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH (CH 3 ), -CH 2 -CH 2 -CH 2 -N (CH 3 ) 2 , -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -NH 2 , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH (CH 3 ) , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -NH 2 , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -N (CH 3 ) 2 , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -NH (CH 2 CH 3 ), -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH-CH 2 -CH 2 -N (CH 2 CH 3 ) 2 , -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH - CH 2 - Ch Chloromethyl group, 2-bromoethyl group, 3,3,3-trifluoropropyl group, 3-chloropropyl group, chlorophenyl group, dibromophenyl group, tetrachlorophenyl group, difluorophenyl group, substituted with atomic, cyano group, etc. Examples thereof include a substituted hydrocarbon group such as a β-cyanoethyl group, a γ-cyanopropyl group and a β-cyanopropyl group.
Particularly preferable organic groups are a methyl group and a phenyl group.
Further, a substituent that causes a curing reaction, for example, an unsaturated hydrocarbon group such as a vinyl group or an allyl group, hydrogen bonded to a silicon atom, or the like may be contained.

上記の有機基Rは、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基であるが、具体的にはRとして例示した飽和または不飽和一価炭化水素基もしくは芳香族基において、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている有機基である。 The above-mentioned organic group R 2 is a saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, and specifically, the saturated or unsaturated group exemplified as R 1 . A saturated monovalent hydrocarbon group or an aromatic group, which is an organic group in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom.

フッ素含有オルガノポリシロキサンにおける有機基Rの珪素原子1モル当たりのモル数aと、有機基Rの珪素原子1モル当たりのモル数bは、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満であれば限定されない。
a+bは0.8以上かつ2.2未満であることが好ましい。0.8未満だと4官能性のレジンの割合が高まり、固形なためエマルジョンの製造が難しく、2.2以上だとシラン成分が多くなり、揮発性が高くなり各種用途に応用しにくいためである。
有機基R有機基Rの比率、すなわちa/bは限定されないが、5/95以上かつ95/5未満であることが好ましい。5/95未満だと、通常のオルガノポリシロキサンとしての特性、例えば柔軟性、の発揮が十分でなく、95/5以上だと、フッ素を含有する有機基の含有率が少ないので、フッ素由来の特性を十分に引き出せないためである。
In the fluorine-containing organopolysiloxane, the number of moles a per mole of the silicon atom of the organic group R 1 and the number of moles b per mole of the silicon atom of the organic group R 2 are positive numbers where b is not 0 and a + b is 0. It is not limited as long as it is 3 or more and less than 2.5.
It is preferable that a + b is 0.8 or more and less than 2.2. If it is less than 0.8, the proportion of tetrafunctional resin increases, and it is difficult to produce an emulsion because it is solid. If it is 2.2 or more, the silane component increases, the volatility becomes high, and it is difficult to apply it to various applications. be.
The ratio of the organic group R 1 and the organic group R 2 , that is, a / b is not limited, but is preferably 5/95 or more and less than 95/5. If it is less than 5/95, the characteristics as a normal organopolysiloxane, for example, flexibility, are not sufficiently exhibited, and if it is 95/5 or more, the content of organic groups containing fluorine is low, so that it is derived from fluorine. This is because the characteristics cannot be fully brought out.

上記の条件を満たす限り、フッ素含有オルガノポリシロキサンは、その化学構造、分子量、または特性は限定されるものではない。また、その形態は液状、固体、フレーク状、粉体等、いずれの形態でもよい。
また、フッ素含有オルガノポリシロキサンは単一の成分でも、2種以上の成分の混合でも、いずれでもよい。
As long as the above conditions are satisfied, the chemical structure, molecular weight, or properties of the fluorine-containing organopolysiloxane are not limited. Further, the form may be any of liquid, solid, flake-like, powder and the like.
Further, the fluorine-containing organopolysiloxane may be either a single component or a mixture of two or more kinds of components.

有機基Rおよび有機基Rはいずれも、親水性の置換基、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アルコキシ基を含有しないことが好ましい。目的の用途において、フッ素含有オルガノポリシロキサンが本来的に有する撥水性、耐水性が犠牲になるからである。 It is preferable that neither the organic group R 1 nor the organic group R 2 contains a hydrophilic substituent such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group or an alkoxy group. This is because the water repellency and water resistance inherent in the fluorine-containing organopolysiloxane are sacrificed in the intended use.

本発明による水中油型エマルジョン中に存在する個々の複合粒子においては、フュームドシリカ粒子の自己ミセル的凝集体が油滴を被覆している。その際、2次凝集体一つずつの層をもって被覆している場合もあれば、2次凝集体の複数の層を形成している場合もある。また、あるいは、一部フュームドシリカ粒子によって被覆していない部分があっても構わない。
油滴と接している2次凝集体は、一部が油滴に埋め込まれている。埋め込みの程度は、油分の極性の程度とフュームドシリカ2次凝集体の表面の親水基と疎水基のモル比により異なる。油滴と2次凝集体との極性が近い場合、例えば、シリコーンが油滴である場合、2次粒子の表面の極性がシリコーンに近い場合は、親和性が大きいため、埋め込みの程度が大きくなる。逆に、極性の差が大きい場合は埋め込みの程度が小さい。
ピッカリングエマルジョンが安定に存在するためには、無機粒子と油滴と水の3者により決定される接触角を最適な値として取ることが重要だと言われている。本発明の水中油型エマルジョンにおいては、フュームドシリカ粒子の2次凝集体が油滴へ埋め込まれる程度は上記の機構により主に決まるが、エマルジョンが完成する過程において、適当なせん断力により、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、2次凝集体内の1次凝集体が移動し、油滴の方向に向け疎水度の高い1次粒子が配向することにより、2次粒子内で極性の傾斜を生じる可能性がある。エマルジョンが最も安定に存在するために、上述の傾斜の程度を自ら調整することにより埋め込みの程度を決めることにより、最適な接触角を得ている可能性がある。
また、2次凝集体は、エマルジョンが形成された後も、適当なせん断力の下、移動が可能である。油滴の表面を移動して均一な間隔になったり、積層の状態を均一化も可能である。さらには、一部は他の複合粒子間でも行き来が可能である。
In the individual composite particles present in the oil-in-water emulsion according to the present invention, self-micellar aggregates of fumed silica particles cover the oil droplets. At that time, it may be covered with a layer of each secondary aggregate, or it may form a plurality of layers of the secondary aggregate. Alternatively, there may be a portion that is not partially covered with the fumed silica particles.
The secondary aggregate in contact with the oil droplet is partially embedded in the oil droplet. The degree of embedding depends on the degree of polarity of the oil and the molar ratio of hydrophilic and hydrophobic groups on the surface of the fumed silica secondary aggregate. When the polarities of the oil droplets and the secondary aggregates are close, for example, when the silicone is an oil droplet and the polarity of the surface of the secondary particles is close to that of silicone, the affinity is large and the degree of embedding is large. .. On the contrary, when the difference in polarity is large, the degree of embedding is small.
In order for the pickering emulsion to exist stably, it is said that it is important to take the contact angle determined by the three factors of inorganic particles, oil droplets and water as the optimum value. In the oil-in-water emulsion of the present invention, the degree to which the secondary aggregates of the fumed silica particles are embedded in the oil droplets is mainly determined by the above mechanism, but in the process of completing the emulsion, the fumes are subjected to an appropriate shearing force. Due to the high agglomeration of the dosilica particles, when the fumed silica particles form a network, they form a surrounding structure that forms a space inside the three-dimensional structure instead of a planar structure, and the secondary agglomerates. The primary agglomerates of the above may move and the highly hydrophobic primary particles may be oriented toward the oil droplets, resulting in a polar gradient within the secondary particles. In order for the emulsion to be present most stably, it is possible that the optimum contact angle is obtained by determining the degree of embedding by adjusting the degree of inclination described above by itself.
In addition, the secondary aggregate can move under an appropriate shearing force even after the emulsion is formed. It is also possible to move the surface of the oil droplets to make them evenly spaced, and to make the state of lamination uniform. Furthermore, some can be moved back and forth between other composite particles.

フュームドシリカ粒子の2次凝集体による油滴の被覆は全面的な被覆に加えて、部分的な被覆を含む。被覆の程度を示す指標としてはシリカ層の厚さや形態的な観察による結果なども考えられるが、今回、被覆量を取り上げることにより、より実際的な被覆の程度として特性を制御できる。特性とは、エマルジョンとしての特性(安定性等)および、複合粒子として単離して利用する場合は、単離した複合粒子の非ブロッキング性等の特性を言う。
表面に有するシリカ粒子の被覆層の量としては、油滴の表面の単位面積当たりのフュームドシリカ粒子の重量としてパラメータ化することができる。
本発明においては、このシリカ被覆層の量は、複合粒子の粒径から計算される表面積に対するシリカ粒子の処理量で制御できる。この量は好ましくは2.0×10-9~3.2×10-6kg/mの範囲内である。2.0×10-9kg/m未満だと複合粒子の水中または単離後のブロッキングが起きてしまい、3.2×10-6kg/mを超えると複合粒子の摩擦が大きくなるなどの理由で、特定の用途では好ましくない現象、例えば化粧品でのきしみ感、ほか、エマルジョン中ないしは粒子単離後に余剰のシリカによる汚染等が起きてしまう。
The coating of oil droplets with secondary aggregates of fumed silica particles includes a partial coating in addition to a full coating. As an index showing the degree of coating, the thickness of the silica layer and the result of morphological observation can be considered, but by taking up the coating amount this time, the characteristics can be controlled as a more practical degree of coating. The characteristics refer to the characteristics as an emulsion (stability, etc.) and, when isolated and used as composite particles, the non-blocking properties of the isolated composite particles.
The amount of the coating layer of the silica particles on the surface can be parameterized as the weight of the fumed silica particles per unit area of the surface of the oil droplet.
In the present invention, the amount of the silica coating layer can be controlled by the amount of treated silica particles with respect to the surface area calculated from the particle size of the composite particles. This amount is preferably in the range of 2.0 × 10 -9 to 3.2 × 10 -6 kg / m 2 . If it is less than 2.0 × 10 -9 kg / m 2 , blocking of the composite particles in water or after isolation will occur, and if it exceeds 3.2 × 10 -6 kg / m 2 , the friction of the composite particles will increase. For these reasons, unfavorable phenomena such as squeaky feeling in cosmetics, contamination with excess silica in the emulsion or after isolation of particles, etc. occur in a specific application.

本発明による水中油型エマルジョン中に存在する個々の複合粒子の粒径は、油分の合計量に対するフュームドシリカ粒子の質量比率によって影響を受ける。その比率が高いほど、粒径は小さくなる。ただし、上記した好ましいシリカ被覆層の量の範囲内においては、油分の種類にかかわらず、ほぼ10μm程度の粒径となる。通常の有機系界面活性剤により乳化されたエマルジョンの粒子の粒径よりは大きいが、この粒径で安定かつ均一であり、種々用途に応用した場合に、ピッカリングエマルジョンとしては概ね100μm以下の粒径であれば好適である。100μmを超える粒子径では、エマルジョンの安定性が低下するほか、複合粒子を単離して用いる場合は、例えば化粧品用途では、紛体の大きさが触感で感じられる領域となるため、使用感の観点から好ましくない。
本発明による水中油型エマルジョン中に存在する複合粒子群の粒径のばらつきは小さい。油滴の表面をフュームドシリカ粒子の自己ミセル型凝集体が覆うためである。水分散体の自己ミセル的凝集体は均一であるため、油滴への作用が均一化するため、粒径のばらつきが少なくなる。
The particle size of the individual composite particles present in the oil-in-water emulsion according to the present invention is affected by the mass ratio of the fumed silica particles to the total amount of oil. The higher the ratio, the smaller the particle size. However, within the above-mentioned preferable amount of the silica coating layer, the particle size is about 10 μm regardless of the type of oil. Although it is larger than the particle size of the particles of the emulsion emulsified by a normal organic surfactant, it is stable and uniform at this particle size, and when applied to various applications, the particles of the pickering emulsion are approximately 100 μm or less. Any diameter is suitable. If the particle size exceeds 100 μm, the stability of the emulsion will decrease, and when composite particles are isolated and used, for example, in cosmetic applications, the size of the powder will be a region that can be felt by touch, so from the viewpoint of usability. Not preferable.
The variation in the particle size of the composite particle group present in the oil-in-water emulsion according to the present invention is small. This is because the surface of the oil droplets is covered with self-micellar aggregates of fumed silica particles. Since the self-micellar aggregate of the aqueous dispersion is uniform, the action on the oil droplets is uniform, and the variation in particle size is small.

また、ネットワーク状包囲構造体の形態を調整するように、所定配合割合で、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤とを配合する段階を有するのでもよく、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤との配合段階は、自己ミセル的凝集体が包囲する油滴に対する自己ミセル的凝集体の固着性を調整するように、所定配合割合を決定する段階を含むのでもよい。
より詳細には、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群および有機界面活性剤は、いずれも、水相と油相との界面である油滴の外表面に存在し、水相、油相および2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群および有機界面活性剤との3者の関係において、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群および有機界面活性剤の油滴に対する接触角(埋め込み度)が決定されるところ、だからこそ、有機界面活性剤を含有せず2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群のみが界面に存在する場合に比べて、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群および有機界面活性剤が配合される場合には、配合割合に応じて、ネットワーク状包囲構造体により構成される内部の空間の大きさ、および2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群の油滴に対する接触角(埋め込み度)に対して影響が及ぶのであり、これにより、試行錯誤は要するとしても、自己ミセル的凝集体および油分からなる複合粒子の諸元、たとえば、複合粒子の大きさ、形状、また、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群の油滴に対する固着性が調整可能である。
この場合、さらに、油分の合計量に対するフュームドシリカ粒子の質量比率と、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤との配合比率とを組み合わせてもよい。
Further, it may have a step of blending the fumed silica particle group at the secondary aggregation level and the organic surfactant at a predetermined blending ratio so as to adjust the morphology of the network-like surrounding structure. The step of blending the fumed silica particles and the organic surfactant in the above step is to determine a predetermined blending ratio so as to adjust the adhesion of the self-micellar aggregate to the oil droplets surrounded by the self-micellar aggregate. It may be included.
More specifically, the secondary aggregation level fumed silica particles and the organic surfactant are both present on the outer surface of the oil droplets, which is the interface between the aqueous phase and the oil phase, the aqueous phase, the oil phase and In the three-way relationship between the fumed silica particles at the secondary aggregation level and the organic surfactant, the contact angle (embedding degree) of the fumed silica particles at the secondary aggregation level and the organic surfactant with respect to the oil droplets is determined. That is why, compared to the case where only the fumed silica particles at the secondary aggregation level are present at the interface without containing the organic surfactant, the fumed silica particles and the organic surfactant at the secondary aggregation level are present. If ), Which requires trial and error, but the specifications of the composite particles consisting of self-micellar aggregates and oils, such as the size, shape, and secondary aggregation of the composite particles. The stickiness of the level of fumed silica particles to oil droplets can be adjusted.
In this case, the mass ratio of the fumed silica particles to the total amount of oil may be further combined with the blending ratio of the fumed silica particles at the secondary aggregation level and the organic surfactant.

本発明による水中油型エマルジョンを製造するには、フュームドシリカ粒子の水分散体の製造に用いる装置と同様の攪拌装置を用いることにより製造できる。
油滴の表面をフュームドシリカ粒子の自己ミセル的凝集体を被覆させるためには、順番として、まず、フュームドシリカ粒子の自己ミセル的凝集体を形成し、しかる後に油分を投入する方法を採る必要がある。油分を最初に投入すると、フュームドシリカ粒子の自己ミセル的凝集体が形成されないので、目的のピッカリングエマルジョンである水中油型エマルジョンができないからである。
従って、製造方法としては、第1段階として、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を、20/80以上80/20以下となるように、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を準備する。合計モル比率を所定値範囲とするためには、水分散体の自己ミセル的凝集体の生成方法と同じく、原料のフュームドシリカでモル比を合わせる。
次に第2段階として、準備した2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を水に添加して、所定せん断速度でせん断することにより、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群間における1次凝集レベルでの交換および/または2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子における1次凝集レベルでの配向を促進することにより、合計モル数比率の平均値と、フュームドシリカ粒子群を構成する2次粒子の各々における表面親水基のモル数/表面疎水基のモル数であるモル比率との差が所定値以下となるように2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群による自己ミセル的凝集体を含む水分散体を生成する。リアレンジメントを起こさせるには、7500s-1以上のせん断速度をかけるのが好適である。
次に第3段階として、生成した水分散体中に、油分を添加して、エマルジョンを形成する。この際、攪拌装置において、適度なせん断速度を加え、自己ミセル的凝集体が油滴の表面を均一に覆い複合粒子としての構造体を均一に形成するために、適宜せん断をかける時間を要する。せん断速度は、リアレンジメントが起こる7500s-1以上は必要なく、通常、数千s-1程度で十分である。
In order to produce an oil-in-water emulsion according to the present invention, it can be produced by using an apparatus similar to the apparatus used for producing an aqueous dispersion of fumed silica particles.
In order to coat the surface of the oil droplets with the self-micellar aggregates of the fumed silica particles, a method of first forming the self-micellar aggregates of the fumed silica particles and then adding the oil is adopted. There is a need. This is because when the oil is added first, self-micellar aggregates of the fumed silica particles are not formed, so that the oil-in-water emulsion which is the desired pickling emulsion cannot be obtained.
Therefore, as a production method, as a first step, the total number of moles of the surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group / the molar of the surface hydrophobic group in each of the fumed silica particle groups. A group of fumed silica particles having a secondary aggregation level is prepared so that the total number of moles ratio, which is the total number of moles over the number of fumed silica particle groups, is 20/80 or more and 80/20 or less. In order to keep the total molar ratio within a predetermined range, the molar ratio is adjusted with the raw material fumed silica in the same manner as in the method for producing self-micellar aggregates of the aqueous dispersion.
Next, as a second step, the prepared group of fumed silica particles having a secondary aggregation level is added to water and sheared at a predetermined shear rate to obtain the fumed due to the high cohesiveness of the fumed silica particles. When the silica particle group forms a network, it forms a surrounding structure that forms a space inside a three-dimensional structure instead of a planar structure, and at the primary aggregation level between the fumed silica particle groups at the secondary aggregation level. By promoting exchange and / or orientation at the primary aggregation level in the fused silica particles at the secondary aggregation level, the average value of the total molar number ratio and in each of the secondary particles constituting the fumed silica particle group. An aqueous dispersion containing self-micellar aggregates of fumed silica particles at the secondary aggregation level so that the difference from the molar ratio, which is the number of moles of surface hydrophilic groups / the number of moles of surface hydrophobic groups, is less than a predetermined value. Generate. In order to cause rearrangement, it is preferable to apply a shear rate of 7500s -1 or higher.
Next, as a third step, an oil component is added to the produced aqueous dispersion to form an emulsion. At this time, in the stirring device, an appropriate shearing rate is applied, and it takes time to appropriately shear the self-micellar aggregates in order to uniformly cover the surface of the oil droplets and uniformly form the structure as composite particles. The shear rate does not need to be 7500 s -1 or more at which rearrangement occurs, and usually several thousand s -1 is sufficient.

フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のフュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を所定値の範囲内に設定することにより、自己ミセル的凝集体が中心的に生成することが、安定かつ均一なピッカリングエマルジョンを作製するために重要なことであるが、油滴表面に自己ミセル的凝集体が被覆した個々の複合粒子の中での自己ミセル的凝集体の状態(例えば界面における2次凝集体の油滴への埋め込みの度合い)はできる限りばらつきがないことが好ましい。ばらつきが小さければ、自己ミセル凝集体同士の連携がより強固となるために、複合粒子がより安定になりやすい。そして、そのことが複合粒子群全体が安定になるともに、個々の複合粒子間の状態のばらつきも小さくなる。 The total number of moles of surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group / the total number of moles of surface hydrophobic groups in each of the fumed silica particle groups over the fumed silica particle group. It is important to centrally produce self-micellar aggregates by setting a certain total number of mole ratio within a predetermined range in order to produce a stable and uniform pickering emulsion. The state of the self-micellar aggregates (for example, the degree of embedding of the secondary aggregates in the oil droplets at the interface) in the individual composite particles in which the surface of the oil droplets is coated with the self-micellar aggregates does not vary as much as possible. Is preferable. If the variation is small, the cooperation between the self-micellar aggregates becomes stronger, and therefore the composite particles tend to become more stable. As a result, the entire composite particle group becomes stable, and the variation in the state between the individual composite particles becomes smaller.

2次凝集体の間でのばらつきを小さくするには、上記の製造法における第2段階によりなされる。2次凝集体毎の疎水化度(親水化度)のばらつきが小さいことは、各自己ミセル凝集体の中で油滴に接する2次凝集体の埋め込みの程度のばらつきも小さくなる。次凝集体毎の疎水化度(親水化度)のばらつきは、全2次凝集体の疎水化度(親水化度)のばらつきの平均値に対して概ねプラスマイマス60%以内であれば、安定した水中油型エマルジョンが形成される。
2次凝集体間のばらつきを小さくするためには、せん断をかけてリアレンジメントを起こさせなくても、原料のフュームドシリカ粒子として、特定の疎水化率にて親水基を疎水化した粒子を用いても達成される。ただし、その方法は製造コストが多くかかる。そのような特殊なシリカ粒子を用いなくても、市販で安価な親水性のフュームドシリカ粒子と疎水性のフュームドシリカ粒子を原料として用い、所定の合計モル比率になるように質量比を調整するのみで、簡便な方法で製造できるからである。
In order to reduce the variation among the secondary aggregates, the second step in the above-mentioned production method is performed. The small variation in the degree of hydrophobicity (hydrophilicity) among the secondary aggregates also reduces the variation in the degree of embedding of the secondary aggregates in contact with the oil droplets in each self-micellar aggregate. The variation in the degree of hydrophobicity (hydrophilicity) for each secondary aggregate is stable if it is within 60% of the average value of the variation in the degree of hydrophobicity (hydrophilicity) of all secondary aggregates. An oil-in-water emulsion is formed.
In order to reduce the variation between secondary aggregates, particles in which hydrophilic groups are hydrophobized at a specific hydrophobicization rate are used as raw material fumed silica particles without shearing to cause rearrangement. It is also achieved by using it. However, the method requires a large manufacturing cost. Even without using such special silica particles, commercially available and inexpensive hydrophilic fumed silica particles and hydrophobic fumed silica particles are used as raw materials, and the mass ratio is adjusted so as to have a predetermined total molar ratio. This is because it can be manufactured by a simple method just by doing so.

2次凝集体の疎水化度(親水化度)のばらつきを著しく低減させないでも、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子における1次凝集レベルでの配向を促進することで複合粒子の状態のばらつきを低減することもできる。配向が進めば、2次凝集体における油滴界面と接する部分の近傍に疎水基の濃度が高くなり、逆に水相と接する部分の近傍に親水基の濃度が高くなり、油滴への埋め込みと水相との親和の双方が効率よく行われるようになるからである。
2次凝集体の疎水化度(親水化度)のばらつきが低減し、かつ、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子における1次凝集レベルでの配向が進んだ場合は、相乗効果が発揮し、より安定で均一な複合粒子を作製することができる。
Even if the variation in the degree of hydrophobicity (hydrophilicity) of the secondary aggregate is not significantly reduced, the variation in the state of the composite particle is caused by promoting the orientation of the fumed silica particles at the secondary aggregation level at the primary aggregation level. It can also be reduced. As the orientation progresses, the concentration of hydrophobic groups increases in the vicinity of the portion of the secondary aggregate in contact with the oil droplet interface, and conversely, the concentration of hydrophilic groups increases in the vicinity of the portion in contact with the aqueous phase, and embedding in the oil droplets. This is because both the affinity with the aqueous phase and the affinity with the aqueous phase can be efficiently performed.
When the variation in the degree of hydrophobicity (hydrophilicity) of the secondary agglomerates is reduced and the orientation of the fumed silica particles at the secondary agglomeration level is advanced at the primary agglomeration level, a synergistic effect is exhibited. More stable and uniform composite particles can be produced.

複合粒子間のばらつきという意味では、フュームドシリカ粒子と油分の質量比の設定も重要である。前述したように、油滴の表面のシリカ粒子の被覆厚さは複合粒子間でばらつきがなるべくない方がよい。そのためには、油分の質量に対して、前述の安定な被覆量の範囲にシリカ粒子の質量を設定するのがよい。
本発明の水中油型エマルジョンまたは単離した複合粒子において、シリカを機能性粒子としても活用する場合は、シリカ粒子に対する油分の質量比率も重要な意味を持つ。
In terms of variation among composite particles, it is also important to set the mass ratio of fumed silica particles and oil. As described above, the coating thickness of the silica particles on the surface of the oil droplet should not vary among the composite particles as much as possible. For that purpose, it is preferable to set the mass of the silica particles within the range of the above-mentioned stable coating amount with respect to the mass of the oil content.
When silica is also used as functional particles in the oil-in-water emulsion or isolated composite particles of the present invention, the mass ratio of oil to silica particles is also important.

本発明で得られるフュームドシリカ粒子が油滴を被覆する水中油型エマルジョン(ピッカリングエマルジョン)は、水分散体生成段階で、主たる安定性と均一性を確保しており、そこへ補助的な安定化を施すので、非常に安定性と均一性が高まる。さらに、再現性がよく、信頼性も高いこと、そして油分の選択や形態の制約がないことから、非常の多くの用途展開が可能になる。
本発明によれば、水中油型エマルジョンの中間体の段階で、水分散体中の複合粒子の均一性を簡便な方法でチェックできるので、最終的なエマルジョンの安定性、均一性を確保できる。不良製品を出さないための歩留まりが著しく向上する。また、そのための設計が可能である。
The oil-in-water emulsion (pickering emulsion) in which the fumed silica particles obtained by the present invention coat the oil droplets secures the main stability and uniformity at the stage of forming the aqueous dispersion, and is auxiliary to the main stability and uniformity. Stabilization is applied, which greatly enhances stability and uniformity. In addition, it has good reproducibility, high reliability, and there are no restrictions on oil content selection or form, which makes it possible to develop a large number of applications.
According to the present invention, the uniformity of the composite particles in the aqueous dispersion can be checked by a simple method at the stage of the intermediate of the oil-in-water emulsion, so that the stability and uniformity of the final emulsion can be ensured. Yield to prevent defective products is significantly improved. Moreover, it is possible to design for that purpose.

エマルジョンが目的物の場合は、種々化粧料に配合して、油分である各種シリコーンを毛髪や皮膚に付着させて種々効果を与えるような用途、各種電子材料の被膜やエアバッグの被膜として非常に精密かつ再現性が必要なコートを求められるような用途、ダイカスト用の離型剤のような非常に耐熱性を求められかつ均質なコートを求められるようなコートなど、非常に多くの既存の用途の改良や新規用途の開拓が期待される。
本発明によれば、安定性と均一性を確保した水中油型エマルジョンが生成し、シリカ層の被覆度を制御できるので、単離した複合粒子として信頼性のあるものが得られる。
When an emulsion is the target product, it can be added to various cosmetics to attach various silicones, which are oils, to hair and skin to give various effects. A large number of existing applications, such as applications that require a coat that requires precision and reproducibility, and coats that require a uniform coat that requires extremely heat resistance, such as a mold release agent for die casting. It is expected to improve and develop new applications.
According to the present invention, an oil-in-water emulsion that ensures stability and uniformity is produced, and the coverage of the silica layer can be controlled, so that a reliable composite particle can be obtained.

水を除去し複合粒子を単離する場合において、シリカが機能粒子として働く場合は、従来のプラスチックの補強材の用途において、油分の作用により吸湿性を低減させるような機能を付与させたり、ゴム弾性を付与したり、油分が硬化したシリコーンゴムの場合には、内部が柔らかく、外側が硬いことにより、さらさら感を与えかつ進展性のあるような化粧品用パウダーなどの用途が考えられる。これらの用途において複合粒子としてのばらつきが小さいために、用途上の機能が向上する。
シリカが機能粒子ではない場合は、シリコーンゴム粒子を各種塗料やプラスチックに配合する際に、粒径や形の均一性がよいために性能を向上させたり、複合粒子を適宜、再び水に戻してエマルジョン化させるという、一種のドライエマルジョンとしての新しい製品形態なども考えられる。
When silica works as a functional particle in the case of removing water and isolating composite particles, in the use of conventional plastic reinforcing materials, it is possible to impart a function of reducing moisture absorption by the action of oil, or rubber. In the case of silicone rubber that has been given elasticity or hardened with oil, it can be used as a cosmetic powder that gives a silky feel and has a stretchable feeling because the inside is soft and the outside is hard. Since the variation as a composite particle is small in these applications, the function in the application is improved.
If silica is not a functional particle, when blending silicone rubber particles into various paints and plastics, the performance may be improved due to the good particle size and shape uniformity, or the composite particles may be returned to water as appropriate. A new product form as a kind of dry emulsion, which is to emulsify, is also conceivable.

本発明によるフッ素含有オルガノポリシロキサンエマルジョンは、各種粒状化または粉体化の手法により、粒状または粉体の形状とすることができる。フッ素含有オルガノポリシロキサンの形態は限定されないが、ゴム状またはレジン上、すなわち常温では固形状を呈するものが好ましい。ゴム状の場合は、付加反応タイプ等の硬化性組成物として準備し、エマルジョン形成後に硬化を行うなどが好ましい。
粒状化または粉体化の手法として好ましいのはスプレードライ法である。
The fluorine-containing organopolysiloxane emulsion according to the present invention can be in the form of granules or powders by various granulation or powdering techniques. The form of the fluorine-containing organopolysiloxane is not limited, but it is preferably in the form of rubber or resin, that is, in the form of solid at room temperature. In the case of rubber, it is preferable to prepare it as a curable composition such as an addition reaction type and perform curing after forming an emulsion.
The spray-drying method is preferable as the method of granulation or powdering.

本発明によるフッ素含有オルガノポリシロキサンエマルジョン組成物が粒状または粉体状にできることにより、ゴムまたはレジンの形態から粉砕する方法に比べて、粒状物または粉体の形状が定形でありサイズのばらつきが小さく、フッ素含有オルガノポリシロキサンが本質的な有している特性であるところの表面張力が小さい、分子間力が小さい、耐熱性が高い、絶縁性が高い、誘電率が高い、等が、粒状または粉体状の状態と相まって、撥水、撥油、耐熱、化粧性能、防汚、耐候、離型、長期安定、絶縁または高誘電率化といった性能を基材に対し付与することができる。
特に、フュームドシリカ粒子によって被覆されたシリコーンゴム粒子表層では、フュームドシリカ粒子同士のネットワーク状包囲構造、またはシリコーンゴム粒子の硬化前の油性成分とフュームドシリカ粒子の間で働く凝集力によって、一定の界面張力が働き、結果として分散された油相の表面積が最小になろうとする力が働く。その結果、乳化されたシリコーンゴム粒子の形状はより真球に近い物となる。
シリコーンゴム粒子がより真球に近くなるためには、硬化反応の速度が速すぎてはいけない。すなわち、乳化分散の際に、せん断力でゆがめられた油層が、表層の界面張力で球状に戻ろうとする間に硬化反応が進むと、目的とする真球性が得難いものとなるからである。
Since the fluorine-containing organopolysiloxane emulsion composition according to the present invention can be granulated or powdered, the shape of the granules or powder is fixed and the size variation is small as compared with the method of pulverizing from the form of rubber or resin. , Surface tension is small, intermolecular force is small, heat resistance is high, insulation is high, dielectric constant is high, etc., which are the essential characteristics of fluorine-containing organopolysiloxane. Combined with the powdery state, it is possible to impart performance such as water repellency, oil repellency, heat resistance, cosmetic performance, stain resistance, weather resistance, mold release, long-term stability, insulation or high dielectric constant to the substrate.
In particular, in the surface layer of the silicone rubber particles coated with the fumed silica particles, the network-like surrounding structure of the fumed silica particles or the cohesive force acting between the oily component of the silicone rubber particles before curing and the fumed silica particles causes. A constant interfacial tension works, and as a result, a force that tries to minimize the surface area of the dispersed oil phase works. As a result, the shape of the emulsified silicone rubber particles becomes closer to a true sphere.
The rate of the curing reaction must not be too fast for the silicone rubber particles to be closer to a true sphere. That is, if the curing reaction proceeds while the oil layer distorted by the shearing force tries to return to a spherical shape due to the interfacial tension of the surface layer during emulsification and dispersion, it becomes difficult to obtain the desired sphericity.

粒状または粉体として製品を各種用途向けに提供でき、各種用途でのハンドリング安全で簡便である。粒状または粉体として、各種プラスチック等へ配合することにより、上記の優れた特性をプラスチック等に付与することができる。あるいは、各種保護コーティング剤や化粧料へ配合することにより、被膜形成の場合と全く同様の効果を基材に対し付与することができる。
さらには、粒状または粉体状ならではの特性、例えば、強度向上、さらさら感などを各種基材に与えることができる。
特に、化粧品用途の場合に、粒状または粉体状フッ素含有オルガノポリシロキサンと、粒状または粉体状フュームドシリカとを毛髪、肌等に別々に適用する場合に比して、フッ素含有オルガノポリシロキサンエマルジョン組成物を粒状または粉体状にでき、しかも、油滴の外表面にフュームドシリカ粒子群が強固に固着していることにより、フュームドシリカ粒子群が先適用され、油滴であるフッ素含有オルガノポリシロキサンが後適用される状況を確実に作り出すことが可能である。
Products can be provided as granules or powders for various applications, and handling in various applications is safe and convenient. By blending it into various plastics or the like as granules or powders, the above-mentioned excellent properties can be imparted to the plastics and the like. Alternatively, by blending it with various protective coating agents and cosmetics, it is possible to impart exactly the same effect to the substrate as in the case of film formation.
Furthermore, it is possible to impart characteristics unique to granular or powdery substances, such as strength improvement and silky feeling, to various substrates.
In particular, in the case of cosmetic applications, the fluorine-containing organopolysiloxane is compared with the case where the granular or powdery fluorine-containing organopolysiloxane and the granular or powdery fumed silica are separately applied to hair, skin, etc. Since the emulsion composition can be made into granules or powder, and the fumed silica particles are firmly adhered to the outer surface of the oil droplets, the fumed silica particles are applied in advance, and fluorine is an oil droplet. It is possible to reliably create a situation where the contained organopolysiloxane will be applied later.

次に本発明を実施例によって説明する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。また、実施例にて使用したフュームドシリカの内容は下記の通りであり、本発明のフュームドシリカ粒子の水中油型エマルジョン、比較例における組成物に対する評価方法は、以下のようにして行った。 Next, the present invention will be described by way of examples. The present invention is not limited thereto. The contents of the fumed silica used in the examples are as follows, and the evaluation method for the oil-in-water emulsion of the fumed silica particles of the present invention and the composition in the comparative example was as follows. ..

<フュームドシリカの内容>
本発明の実施例および比較例で用いたシリカは、表1に示すシリカ1~3であり、いずれもフュームドシリカ(乾式シリカ)である。その内容は表1に示す通りである。
<Contents of fumed silica>
The silica used in the examples and comparative examples of the present invention is silica 1 to 3 shown in Table 1, and both are fumed silica (dry silica). The contents are as shown in Table 1.

Figure 0007060443000001
Figure 0007060443000001

<粒子径測定法>
実施例及び比較例で得られた水中油型エマルジョン粒子の粒子径は、ベックマン・コールター社製レーザー回折散乱法粒度分布測定装置(商品名「LS-230」)を用いて測定し、平均粒子径を示した。
<Particle size measurement method>
The particle size of the oil-in-water emulsion particles obtained in Examples and Comparative Examples was measured using a laser diffraction / scattering method particle size distribution measuring device (trade name “LS-230”) manufactured by Beckman Coulter, and the average particle size. showed that.

<安定性、均一性評価法>
実施例及び比較例で得られた水中油型エマルジョンの安定性の評価法は、試料を50mlスクリュー管に30g入れ、室温貯蔵1か月後に、沈降分離の有無を確認した。エマルジョンについてはクリーミングの有無も確認した。また、目視で大きな粒状物の存在はないか、辺部に濁りがあるかどうかの確認を行い、均一性を確認した。
評価基準;
◎:クリーミング、沈降分離全くなし、均一、○:クリーミング、沈降分離がわずかにある、ごくわずかに不均一性あり、△:クリーミング、沈降分離、不均一の傾向あり、×:クリーミング、沈降分離あり、不均一。
<Stability and uniformity evaluation method>
In the method for evaluating the stability of the oil-in-water emulsion obtained in Examples and Comparative Examples, 30 g of a sample was placed in a 50 ml screw tube, and the presence or absence of sedimentation separation was confirmed after 1 month of storage at room temperature. The presence or absence of creaming was also confirmed for the emulsion. In addition, it was visually confirmed whether there were large particles and whether there was turbidity on the sides, and the uniformity was confirmed.
Evaluation criteria;
⊚: No creaming, sedimentation separation, uniform, ○: Slight creaming, sedimentation separation, very slightly non-uniformity, Δ: Creaming, sedimentation separation, non-uniformity tendency, ×: Creaming, sedimentation separation ,Unevenness.

<撥水性評価法>
ガラス板の上に実施例及び比較例で得られた水中油型エマルジョンを水で2倍に希釈してバーコーターを用いて塗布し、約30μmの厚さの塗膜を形成し、十分に風乾した後、撥水性評価として水との接触角測定を行った。接触角が90度以上であれば撥水性良好とする。
<Water repellency evaluation method>
The oil-in-water emulsion obtained in Examples and Comparative Examples was diluted 2-fold with water and applied using a bar coater on a glass plate to form a coating film having a thickness of about 30 μm, which was sufficiently air-dried. After that, the contact angle with water was measured as a water repellency evaluation. If the contact angle is 90 degrees or more, the water repellency is good.

<実施例、比較例における水分散体、水中油型エマルジョンの作製方法>
各実施例、比較例においては、表2に示す処方量および作製条件にて水分散体を得た。さらにその水分散体を経由して、同表に示す処方量により水中油型エマルジョンの作製を行った。
水中油型エマルジョンの評価結果を表3に示す。
<Method for producing aqueous dispersion and oil-in-water emulsion in Examples and Comparative Examples>
In each Example and Comparative Example, an aqueous dispersion was obtained under the prescription amount and preparation conditions shown in Table 2. Further, an oil-in-water emulsion was prepared in the prescribed amount shown in the same table via the aqueous dispersion.
Table 3 shows the evaluation results of the oil-in-water emulsion.

<実施例1>
第1段階として、親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)2.5gと疎水性フュームドシリカ(「シリカ2」)2.5gを500mLのステンレス鋼ビーカー中に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて3,000rpmで2分間攪拌することにより、シリカ水分散体を得た。その際のせん断速度は約11,000s-1であった。
続いて、第2段階として粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー・ケミー社(ドイツ、ミュンヘン)からAF98/1000の名称で入手可能)を投入し、1,500rpmで2分間攪拌することで、低粘度白色の水中油型エマルションを得た。その際のせん断速度は約4,600s-1であった。
<Example 1>
As a first step, 2.5 g of hydrophilic fumed silica (“silica 1”) and 2.5 g of hydrophobic fumed silica (“silica 2”) were placed in a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was added thereto, and the mixture was stirred with Ultraturrax at 3,000 rpm for 2 minutes to obtain a silica aqueous dispersion. The shear rate at that time was about 11,000 s -1 .
Subsequently, as the second step, 50 g of a fluorine-containing organopolysiloxane having a viscosity of 1000 mPa · s (available from Wacker Chemie (Munich, Germany) under the name AF98 / 1000) is added and stirred at 1,500 rpm for 2 minutes. As a result, a low-viscosity white oil-in-water emulsion was obtained. The shear rate at that time was about 4,600 s -1 .

<実施例2>
シリカ1を1g、シリカ2を4 gを投入したこと以外は、実施例1と全く同様にして、水分散体および低粘度白色の水中油型エマルジョンを得た。
<Example 2>
An aqueous dispersion and a low-viscosity white oil-in-water emulsion were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that 1 g of silica 1 and 4 g of silica 2 were added.

<実施例3>
シリカ1を4g、シリカ2を1 gを投入したこと以外は、実施例1と全く同様にして、水分散体および低粘度白色の水中油型エマルジョンを得た。
<Example 3>
An aqueous dispersion and a low-viscosity white oil-in-water emulsion were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that 4 g of silica 1 and 1 g of silica 2 were added.

<実施例4>
部分疎水化処理親水性フュームドシリカ(「シリカ3」)5gを500mLのステンレス鋼ビーカー中に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて3,000rpmで2分間攪拌することにより、シリカ水分散体を得た。
続いて、粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー・ケミー社(ドイツ、ミュンヘン)からAF98/1000の名称で入手可能)を投入し、1,500rpmで2分間攪拌することで、低粘度白色の水中油型エマルションを得た。
<Example 4>
5 g of partially hydrophobized hydrophilic fumed silica (“silica 3”) was placed in a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was added thereto, and the mixture was stirred with Ultraturrax at 3,000 rpm for 2 minutes to obtain a silica aqueous dispersion.
Subsequently, 50 g of a fluorine-containing organopolysiloxane having a viscosity of 1000 mPa · s (available from Wacker Chemie (Munich, Germany) under the name AF98 / 1000) was added, and the mixture was stirred at 1,500 rpm for 2 minutes to reduce the content. An oil-in-water emulsion having a white viscosity was obtained.

<実施例5>
第2段階での攪拌時間を1分間とした以外は、実施例1と全く同様にして、水分散体および低粘度白色の水中油型エマルジョンを得た。
<Example 5>
An aqueous dispersion and a low-viscosity white oil-in-water emulsion were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the stirring time in the second step was 1 minute.

<実施例6>
第2段階での攪拌を500rpmとした以外は、実施例1と全く同様にして、水分散体および低粘度白色の水中油型エマルジョンを得た。その際のせん断速度は約1,500s-1であった。
<Example 6>
An aqueous dispersion and a low-viscosity white oil-in-water emulsion were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the stirring in the second step was set to 500 rpm. The shear rate at that time was about 1,500 s -1 .

<実施例7>
第1段階での攪拌時間を1分間とした以外は、実施例1と全く同様にして、水分散体および低粘度白色の水中油型エマルジョンを得た。
<Example 7>
An aqueous dispersion and a low-viscosity white oil-in-water emulsion were obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the stirring time in the first step was 1 minute.

<実施例8>
実施例1で得られた水中油型エマルジョンを表面が平滑で錆のない金属光沢のある鉄板の上に、水で2倍に希釈してバーコーターを用いて膜厚30μmの被膜を形成した。この板を屋外に1か月暴露したところ、コートなしでは表面が大きく錆びたのに対し、コートありでは、初期の金属光沢が保たれていた。
<Example 8>
The oil-in-water emulsion obtained in Example 1 was diluted 2-fold with water on an iron plate having a smooth surface and a metallic luster without rust to form a film having a film thickness of 30 μm using a bar coater. When this board was exposed to the outdoors for one month, the surface was greatly rusted without the coat, whereas the initial metallic luster was maintained with the coat.

<実施例9>
実施例1で得られた水中油型エマルジョンをアクリルメラミン樹脂がコートされた鋼板の上に、水で2倍に希釈してバーコーターを用いて膜厚30μmの被膜を形成した。この板を室温で1週間、水に浸漬したところ、コートなしでは樹脂が水膨れになったのに対し、コートありでは、初期の樹脂の状態が保たれていた。
<Example 9>
The oil-in-water emulsion obtained in Example 1 was diluted 2-fold with water on a steel sheet coated with an acrylic melamine resin to form a film having a thickness of 30 μm using a bar coater. When this plate was immersed in water at room temperature for one week, the resin swelled without the coating, whereas with the coating, the initial state of the resin was maintained.

<実施例10>
実施例1で得られた水中油型エマルジョンを市販の紫外線防止メーキャップ剤の中に、5%投入し、よく撹拌した後、ガラス試験片に、水で2倍に希釈してバーコーターを用いて約30μmの厚さで塗布した。この試験片を1時間、常温で水に浸漬した後、SPF(サンプロテクトファクター)を測定したところ、コートなしではSPFが初期に比べ70%に低下したのに対し、コートありでは、SPFが初期に比べ90%に低下し、好ましいレベルである80%よりも上回った。
<Example 10>
The oil-in-water emulsion obtained in Example 1 was put into a commercially available UV protection makeup agent at 5%, stirred well, and then diluted 2-fold with water on a glass test piece using a bar coater. It was applied to a thickness of about 30 μm. After immersing this test piece in water at room temperature for 1 hour, the SPF (Sun Protect Factor) was measured. It decreased to 90% and exceeded the preferable level of 80%.

<比較例1>
親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)5gを500mLのステンレス鋼ビーカー中に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて3,000rpmで2分間で攪拌することにより、シリカ水分散体を得た。
続いて、粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー・ケミー社(ドイツ、ミュンヘン)からAF98/1000の名称で入手可能)を投入し、1,500rpmで2分間攪拌することで、エマルジョンを得たが、水中油型性は十分ではなかった。
<Comparative Example 1>
5 g of hydrophilic fumed silica (“silica 1”) was placed in a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was added thereto, and the mixture was stirred with Ultraturrax at 3,000 rpm for 2 minutes to obtain a silica aqueous dispersion.
Subsequently, 50 g of a fluorine-containing organopolysiloxane having a viscosity of 1000 mPa · s (available from Wacker Chemie (Munich, Germany) under the name AF98 / 1000) is added, and the mixture is stirred at 1,500 rpm for 2 minutes to form an emulsion. However, the underwater oil type property was not sufficient.

<比較例2>
親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)5gの代わりに疎水性フュームドシリカ(「シリカ2」)5gを投入したこと以外は、比較例1と全く同様にして、全体白色液を得たが、連続相である水相と分散相である油相とに分離した状態の水中油型性は十分ではなかった。
<Comparative Example 2>
An overall white liquid was obtained in exactly the same manner as in Comparative Example 1 except that 5 g of hydrophobic fumed silica (“silica 2”) was added instead of 5 g of hydrophilic fumed silica (“silica 1”). The oil-in-water type property in a state of being separated into an aqueous phase which is a continuous phase and an oil phase which is a dispersed phase was not sufficient.

<比較例3>
親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)2.5gと疎水性フュームドシリカ(「シリカ2」)2.5gを500mLのステンレス鋼ビーカー中に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて500rpmで2分間攪拌することにより、シリカ水分散体を得た。その際のせん断速度は約1,900s-1であった。
続いて、粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー
・ケミー社(ドイツ、ミュンヘン)からAF98/1000の名称で入手可能)を投入し、1,500rpmで2分間攪拌することで、全体白色液を得たが、連続相である水相と分散相である油相とに分離した状態の水中油型性は十分ではなかった。
<Comparative Example 3>
2.5 g of hydrophilic fumed silica (“silica 1”) and 2.5 g of hydrophobic fumed silica (“silica 2”) were placed in a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was added thereto, and the mixture was stirred with Ultraturrax at 500 rpm for 2 minutes to obtain a silica aqueous dispersion. The shear rate at that time was about 1,900 s -1 .
Subsequently, 50 g of a fluorine-containing organopolysiloxane having a viscosity of 1000 mPa · s (available from Wacker Chemie (Munich, Germany) under the name AF98 / 1000) was added, and the whole was stirred at 1,500 rpm for 2 minutes. A white liquor was obtained, but the oil-in-water properties in a state of being separated into an aqueous phase as a continuous phase and an oil phase as a dispersed phase were not sufficient.

<比較例4>
第1段階として、粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー・ケミー社AF98/1000を500mLのステンレス鋼ビーカー中に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて1,900rpmで2分間攪拌することにより、水中油型エマルジョンを得た。その際のせん断速度は約5,700s-1であった。
続いて、第2段階として親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)2.5gと疎水性フュームドシリカ(「シリカ2」)2.5gを投入し、3,000rpmで2分間攪拌した。その際のせん断速度は約11,000s-1であった。
全体白色液を得たが、連続相である水相と分散相である油相とに分離した状態の水中油型性は十分ではなかった。
<Comparative Example 4>
As the first step, 50 g of a fluorine-containing organopolysiloxane having a viscosity of 1000 mPa · s (Wacker Chemie AF98 / 1000 was put into a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was put into this, and 1 using Ultratralux. By stirring at 900 rpm for 2 minutes, an oil-in-water emulsion was obtained. The shear rate at that time was about 5,700 s -1 .
Subsequently, as a second step, 2.5 g of hydrophilic fumed silica (“silica 1”) and 2.5 g of hydrophobic fumed silica (“silica 2”) were added and stirred at 3,000 rpm for 2 minutes. The shear rate at that time was about 11,000 s -1 .
An entirely white liquid was obtained, but the oil type in water was not sufficient in a state of being separated into an aqueous phase as a continuous phase and an oil phase as a dispersed phase.

<比較例5>
親水性フュームドシリカ(「シリカ1」)2.5gと疎水性フュームドシリカ(「シリカ2」)2.5gと粘度1000mPa・s のフッ素含有オルガノポリシロキサン50g(ワッカー・ケミー社AF98/1000を500mLのステンレス鋼ビーカー中に同時に投入した。ここに脱イオン水45gを投入し、Ultraturraxを用いて3,000rpmで2分間攪拌した。その際のせん断速度は約11,000s-1であった。
全体白色液を得たが、連続相である水相と分散相である油相とに分離した状態の水中油型性は十分ではなかった。
<Comparative Example 5>
Hydrophilic fumed silica (“silica 1”) 2.5 g, hydrophobic fumed silica (“silica 2”) 2.5 g, and fluorine-containing organopolysiloxane 50 g (Wacker Chemie AF98 / 1000) with a viscosity of 1000 mPa · s. Simultaneously charged into a 500 mL stainless steel beaker. 45 g of deionized water was charged therein and stirred at 3,000 rpm for 2 minutes using Ultraturrax. The shear rate at that time was about 11,000 s -1 .
An entirely white liquid was obtained, but the oil type in water was not sufficient in a state of being separated into an aqueous phase as a continuous phase and an oil phase as a dispersed phase.

Figure 0007060443000002
Figure 0007060443000002

Figure 0007060443000003
Figure 0007060443000003

<水分散体、水中油型エマルジョンの作製結果まとめ>
表2、3で示されたように、原料のフュームドシリカの段階でのシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数の粒子群にわたる合計モル数と、粒子群の各々における表面疎水基のモル数の粒子群にわたる合計モル数との比率を26/74~74/26の範囲では、安定な水分散体および水中油型エマルジョンが生成した。しかし、そのモル比が90/10では、水分散体は安定だが、安定な水中油型エマルジョンは生成しなかった。モル比が10/90では、水分散体もエマルジョンも安定ではなかった。
モル比が50/50であっても、せん断速度が低い場合は、水分散体もエマルジョンも安定ではなかった。
せん断速度が十分大きい場合は、いずれも、2次凝集レベルでの表面の疎水化度のばらつきは十分に小さくなったが、せん断速度が十分でない場合は、ばらつきが大きくなった。
水分散体の作製の際にかけたせん断速度よりも大幅に小さいせん断速度で油分であるフッ素含有オルガノポリシロキサンが吸い込まれたため、水分散体の自己ミセル的凝集体がほぼそのままの状態で水中油型エマルジョン(ピッカリングエマルジョン)に移行したと考えられる。
シリカ、水、油の同時混合、水と油の混合後、シリカ混入いずれも、安定したエマルジョンできなかった点を確認した。また、水分散体で主せん断、エマルジョンで補助せん断でもよい点を確認した。それらを根拠に、水分散体中での自己ミセル的凝集体の形成が推察される。
シリカの凝集性に応じて、エマルジョンの安定性確保にとって、全体モル比率、ばらつきは変動することを確認した。
せん断に関し、エマルジョンの安定性にとって、リアレンジメントが必要であるところ、せん断速度が所定以上であれば、せん断時間は問わないが、複合粒子の諸元調整にとって、せん断速度およびせん断時間が関係する点を確認した。
以上のように、超撥水性または超撥油性を有するフッ素含有オルガノポリシロキサンを油分とする場合であっても、水分散体を形成後に油分を後添加することにより、フッ素を含有しないオルガノポリシロキサンとほぼ同様な条件(水分散体形成の際のせん断条件)で、安定した水分散体、および安定したエマルジョンを形成可能なことを確認しており、これは、従来の当業者の技術常識を覆す内容である。
<Summary of production results of aqueous dispersion and oil-in-water emulsion>
As shown in Tables 2 and 3, the total number of moles of surface hydrophilic groups in each of the silica particle groups at the stage of the raw material fumed silica and the total number of moles of the surface hydrophobic groups in each of the particle groups. When the ratio of the number of moles to the total number of moles over the particle group was in the range of 26/74 to 74/26, stable aqueous dispersions and oil-in-water emulsions were produced. However, when the molar ratio was 90/10, the aqueous dispersion was stable, but a stable oil-in-water emulsion was not produced. At a molar ratio of 10/90, neither the aqueous dispersion nor the emulsion was stable.
Even at a molar ratio of 50/50, neither the aqueous dispersion nor the emulsion was stable at low shear rates.
When the shear rate was sufficiently high, the variation in the degree of surface hydrophobicity at the secondary aggregation level was sufficiently small, but when the shear rate was not sufficient, the variation was large.
Since the fluorine-containing organopolysiloxane, which is an oil component, was sucked in at a shear rate significantly lower than the shear rate applied during the preparation of the aqueous dispersion, the self-micellar aggregates of the aqueous dispersion remained almost unchanged in the oil-in-water form. It is considered that the emulsion (pickering emulsion) has been transferred.
It was confirmed that a stable emulsion could not be obtained in any of the simultaneous mixing of silica, water and oil, and the mixing of water and oil, and the mixing of silica. It was also confirmed that the main shear may be used for the aqueous dispersion and the auxiliary shear may be used for the emulsion. Based on these, the formation of self-micellar aggregates in the aqueous dispersion is inferred.
It was confirmed that the overall molar ratio and variation fluctuate to ensure the stability of the emulsion depending on the cohesiveness of silica.
Regarding shear, where rearrangement is necessary for the stability of the emulsion, if the shear rate is above a predetermined value, the shear time does not matter, but the shear rate and the shear time are related to the specification adjustment of the composite particles. It was confirmed.
As described above, even when a fluorine-containing organopolysiloxane having super water repellency or super oil repellency is used as an oil component, a fluorine-free organopolysiloxane is added by post-adding the oil component after forming an aqueous dispersion. It has been confirmed that a stable aqueous dispersion and a stable emulsion can be formed under almost the same conditions as (shearing conditions at the time of forming the aqueous dispersion). It is the content to overturn.

<自己ミセル的凝集体の生成の考察>
(1) シリカ、水および油分から水中油型エマルジョンにおいて、シリカおよび水による水分散体を形成後に、油分を添加することにより、安定した水中油型エマルジョンが形成され、シリカ、水および油分の同時添加、および油分と水とを先添加し、シリカを後添加するのでは、安定した水中油型エマルジョンが形成されなかった事実
(2) シリカおよび水による水分散体を形成後に、油分を添加する場合、水分散体を形成する際に所定せん断速度以上のせん断をかけることが、安定かつ均一な水分散体の形成にとって必要であり、安定かつ均一な水分散体により油分を添加して水中油型エマルジョンを形成するのに、必ずしもせん断をかけることが必要でなかった事実
(3) 原料であるシリカおよび油分の種類に係わらず、シリカおよび水による水分散体を形成後に、油分を添加することにより、水中油型エマルジョンが形成可能である事実
(4) シリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数のシリカ粒子群にわたる合計モル数/シリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数のシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率、および合計モル数比率の平均値と、シリカ粒子群を構成する2次粒子の各々における表面親水基のモル数と表面疎水基のモル数のモル数とのモル比率との差という2つのパラメータを所定範囲とすることにより、安定したエマルジョン形成可能であり、この場合には、シリカ粒子群が親水リッチな凝集体主体であることによる、シリカの水への溶解性、シリカ粒子群が疎水リッチな凝集体主体であることによる、チクソトロピー性の発現が低下していた事実
(5) 安定した水中油型エマルジョン中の複合粒子をSEMで観察すると、複合粒子表面には、比較的球形かつ均一な大きさの塊状物が油滴表面を被覆している事実
(6) 形成される複合粒子群において、複合粒子群間の粒径等のばらつきが小さいこと、水分散体形態時のせん断速度が複合粒子の諸元に影響を及ぼす事実
実施例における以上の事実より、シリカおよび水による水分散体の形成の際、所定せん断速度のせん断をかけることにより、フュームドシリカ粒子の高い凝集性に起因して、フュームドシリカ粒子群がネットワークを形成する際、平面状構造でなく、立体状の内部に空間を形成する包囲構造体を形成し、親水リッチな凝集体主体でも疎水リッチな凝集体主体でもない凝集体が形成され、合計モル数比率および合計モル数比率のばらつきを調整して、原料シリカ、油分の種類に係わらず、油分を後添加することにより、安定した水中油型エマルジョンが形成されることから、せん断をかける際に、シリカの凝集体間でリアレンジメントおよび/またはシリカの凝集体内における配向が誘起され、外側に親水性、内側に疎水性の密度が高いという意味において、水分散体形成時に自己ミセル的凝集体が形成されていることが確実に推認される。
<Consideration of the formation of self-micellar aggregates>
(1) In an oil-in-water emulsion from silica, water and oil, a stable oil-in-water emulsion is formed by adding oil after forming an aqueous dispersion of silica and water, and the silica, water and oil are simultaneously formed. The fact that stable oil-in-water emulsion was not formed by adding oil and water first and then adding silica (2) Add oil after forming an aqueous dispersion of silica and water. In this case, it is necessary to apply shear at a predetermined shear rate or higher when forming the aqueous dispersion for the formation of a stable and uniform aqueous dispersion, and oil is added by the stable and uniform aqueous dispersion to produce oil in water. The fact that shearing was not always necessary to form the mold emulsion (3) Regardless of the type of silica and oil as raw materials, adding oil after forming an aqueous dispersion with silica and water. (4) Total number of moles of surface hydrophilic groups in each silica particle group / total number of moles of surface hydrophobic groups in each of the silica particle groups / silica The total number of moles ratio, which is the total number of moles over the particle group, and the average value of the total number of moles ratio, and the number of moles of surface hydrophilic groups and the number of moles of surface hydrophobic groups in each of the secondary particles constituting the silica particle group. Stable emulsion formation is possible by setting two parameters, the difference between the number and the molar ratio, within a predetermined range. In this case, the silica particles are mainly composed of hydrophilic-rich agglomerates. The fact that the expression of thixotropic properties was reduced due to the solubility in water and the fact that the silica particles were mainly composed of hydrophobic-rich aggregates. (5) When the composite particles in the stable oil-in-water emulsion were observed by SEM, The fact that a lump of relatively spherical and uniformly sized particles covers the surface of the oil droplets on the surface of the composite particles (6) In the composite particle group to be formed, the variation in particle size and the like between the composite particle groups is small. That, the fact that the shear rate in the form of the aqueous dispersion affects the specifications of the composite particles From the above facts in the examples, when forming the aqueous dispersion with silica and water, by applying shear at a predetermined shear rate. Due to the high cohesiveness of the fumed silica particles, when the fumed silica particles form a network, they form a surrounding structure that forms a space inside a three-dimensional structure instead of a planar structure, and is hydrophilically rich. Agglomerates that are neither major particles nor hydrophobic rich aggregates are formed. By adjusting the variation in the total number of moles ratio and the total number of moles ratio and adding the oil afterwards regardless of the type of raw material silica and oil, a stable oil-in-water emulsion is formed, so shearing is applied. In doing so, rearrangement and / or orientation within the silica aggregates is induced between the silica aggregates, resulting in high density of hydrophilicity on the outside and hydrophobicity on the inside, self-micellar coagulation during the formation of aqueous dispersions. It is definitely inferred that the aggregate is formed.

本発明による無機粒子の水分散体は、安定かつ均一であり、増粘性やチクソトロピー性付与といった機能が発現するので、塗料、化粧品、各種樹脂の改質といった従来用途において信頼性を著しく向上するほか、機能性塗料、機能性コーティング剤、接着剤、建築用シーラントといった新しい用途への展開が可能になる。また、安定かつ均一なピッカリングエマルジョン作製のための中間体として利用できる。
また、本発明による水中油型エマルジョン(ピッカリングエマルジョン)は、安定性と均一性が非常に高く、油分の種類を選ばず、中間体段階で均一性をチェックでき、製造法が簡便で低コストであり、安定かつ均一なものを得るための設計が可能なので、従来用途での信頼性が大幅に改善されるほか、機能性の高い化粧品用途や、電子材料やエアバッグなどで高度な要求特性や信頼性が必要な新しい分野での応用が期待できる。
本発明の水中油型エマルジョンの複合粒子を単離する場合、安定性と均一性が確保されているので、取り扱いが容易で特性のばらつきが少なく、信頼性の高い複合粒子を提供できるので、化粧品用途や種々樹脂への添加等において新たな用途が期待できる。また、再度水を添加してエマルジョンに戻すことも可能なため、エマルジョン状態での製品保存、輸送上のコストに比べ著しく改善が期待できるなど、産業界に与える影響は大きい。
本発明のエマルジョンは、従来不可能だったフッ素含有オルガノポリシロキサンを被膜、粒状物または粉体の形状を与えることができるため、基材に対し、撥水、撥油、耐熱、化粧性能、防汚、耐候、離型、長期安定、絶縁または高誘電率化を与えることができる。そのため、従来不可能または不十分だった保護コーティングや化粧品用途等の各種工業用途、一般用途において特性を改善するとともに、新たな用途の展開を可能にする。
有機系界面活性剤の使用を省くないし低減できるため、それに伴う環境問題や安定的な製造、安定したエマルジョンの形として存在できること、さらに、有機系の界面活性剤フリーであり水系で供給できることから皮膚に直接塗布する化粧品原料としても、低刺激性という観点からも有用であり、多くの産業で有利に使用される可能性がある。
The aqueous dispersion of inorganic particles according to the present invention is stable and uniform, and exhibits functions such as thickening and imparting thixotropy, so that reliability is significantly improved in conventional applications such as paints, cosmetics, and modification of various resins. , Functional paints, functional coatings, adhesives, building sealants and other new applications. It can also be used as an intermediate for producing a stable and uniform pickering emulsion.
In addition, the oil-in-water emulsion (pickering emulsion) according to the present invention has extremely high stability and uniformity, and the uniformity can be checked at the intermediate stage regardless of the type of oil content, and the manufacturing method is simple and low cost. Since it can be designed to obtain stable and uniform products, the reliability in conventional applications is greatly improved, and it is highly required for highly functional cosmetic applications, electronic materials, airbags, etc. It can be expected to be applied in new fields that require reliability.
When the composite particles of the oil-in-water emulsion of the present invention are isolated, the stability and uniformity are ensured, so that the composite particles are easy to handle, have little variation in characteristics, and can provide highly reliable composite particles. New applications can be expected in applications and addition to various resins. In addition, since it is possible to add water again to return it to an emulsion, it can be expected to significantly improve the cost of storing the product in an emulsion state and transporting it, which has a great impact on the industrial world.
Since the emulsion of the present invention can give a film, granules or powder shape of a fluorine-containing organopolysiloxane, which was not possible in the past, water repellency, oil repellency, heat resistance, cosmetic performance and protection against the substrate. It can provide stain, weather resistance, mold release, long-term stability, insulation or high dielectric constant. Therefore, it is possible to improve the characteristics in various industrial and general applications such as protective coatings and cosmetic applications, which were impossible or insufficient in the past, and to develop new applications.
Since the use of organic surfactants can be reduced without omitting it, environmental problems associated with it, stable production, existence in the form of stable emulsions, and the fact that organic surfactants are free and can be supplied in an aqueous system make the skin. It is also useful as a cosmetic raw material to be applied directly to the skin and from the viewpoint of hypoallergenicity, and may be used advantageously in many industries.

フュームドシリカ群による凝集体により油分が取り囲まれたネットワーク状包囲構造体の模式図である。It is a schematic diagram of a network-like surrounding structure in which oil is surrounded by agglomerates of fumed silica group. 実施形態において、フュームドシリカ粒子を水中に分散させる場合に、どのような凝集体ができ得るかの模式図であり、明確性のために、凝集体自体の大きさは誇張して示している。In the embodiment, it is a schematic diagram of what kind of aggregate can be formed when the fumed silica particles are dispersed in water, and the size of the aggregate itself is exaggerated for clarity. ..

10 親水リッチ1次凝集体
12 疎水リッチ1次凝集体
14 2次凝集体
16 スペース
18 ネットワーク構造
20 水相
22 油相
24 フュームドシリカ粒子群による凝集体
10 Hydrophobic rich primary aggregate 12 Hydrophobic rich primary aggregate 14 Secondary aggregate 16 Space 18 Network structure 20 Aqueous phase 22 Oil phase 24 Aggregate by fumed silica particle group

Claims (9)

フュームドシリカ粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成するフュームドシリカ粒子群であって、内部に油分が含有したネットワーク状包囲構造体を含み
前記油分は、平均組成が一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンであり、
SiO (4-a-b)/2 (1)
[式(1)中、R は、分子中で同一であっても異なっていてもよく、置換もしくは非置換の炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、置換もしくは非置換の炭素数6
~30の芳香族基、水酸基、炭素数1~6のアルコキシ基または水素原子であり、R は、分子中で同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基で、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭化水素基であり、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満であり、a/bが5/95以上95/5未満である]
室温貯蔵1か月後の目視評価結果においてクリーミングまたは沈降分離が認められない
ことを特徴とする水中油型エマルジョン。
It is a fumed silica particle group in which lower aggregates of the fumed silica particle group form high-level aggregates by non-chemical bonds, and contains a network-like surrounding structure containing oil inside.
The oil content is an organopolysiloxane having an average composition represented by the general formula (1).
R 1 a R 2 b SiO (4-ab) / 2 (1)
[In formula (1), R 1 may be the same or different in the molecule, and is a substituted or unsaturated saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms, substituted or unsubstituted. Carbon number 6
It is an aromatic group to 30, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom, and R 2 may be the same or different in the molecule, and is saturated or unsaturated with 1 to 25 carbon atoms. A saturated monovalent hydrocarbon group, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom, and b is a positive non-zero number. a + b is 0.3 or more and less than 2.5, and a / b is 5/95 or more and less than 95/5]
No creaming or sedimentation was observed in the visual evaluation results after 1 month of storage at room temperature.
An oil-in-water emulsion characterized by this.
前記ネットワーク状包囲構造体は、親水リッチな下位の凝集体の高密度部分が水相と接し、疎水リッチな下位の凝集体の高密度部分が他の疎水リッチな下位の凝集体と接し、内部に油分が含有した空間を形成する自己ミセル的凝集体を含む、請求項1に記載の水中油型エマルジョン。 In the network-like surrounding structure, the high-density portion of the lower hydrophilicity-rich aggregate is in contact with the aqueous phase, and the high-density portion of the hydrophobic-rich lower aggregate is in contact with other hydrophobic-rich lower aggregates. The oil-in-water emulsion according to claim 1, which comprises a self-micellar aggregate that forms a space containing oil. 前記自己ミセル的凝集体において、前記下位の凝集体同士が、ネットワーク状構造体を形成する、請求項2に記載の水中油型エマルジョン。 The oil-in-water emulsion according to claim 2, wherein in the self-micellar aggregate, the lower aggregates form a network-like structure. 表面のシラノール基を疎水化処理した疎水リッチなシリカ原料と表面のシラノール基が残留した親水リッチなシリカ原料とを所定割合で混合することにより、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を準備する段階と、
準備した2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群を水に添加して、所定以上のせん断速度でせん断することにより、フュームドシリカ粒子群の下位の凝集体同士が非化学的結合により高位の凝集体を形成するフュームドシリカ粒子群であって、内部にスペースを形成したネットワーク状包囲構造体を含む水分散体を生成する段階と、
生成した水分散体中に、油分を添加して、エマルジョンを形成する段階とを、有し、
それにより、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群により形成されるネットワーク状包囲構造体内部に油分が含有した形態の複合粒子群を含み、室温貯蔵1か月後の目視評価結果においてクリーミングまたは沈降分離が認められないことを特徴とする水中油型エマルジョンの製造方法であって、
前記油分は、平均組成が一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンである、水中油型エマルジョンの製造方法。
SiO (4-a-b)/2 (1)
[式(1)中、R は、分子中で同一であっても異なっていてもよく、置換もしくは非置換の炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、置換もしくは非置換の炭素数6
~30の芳香族基、水酸基、炭素数1~6のアルコキシ基または水素原子であり、R は、分子中で同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~25の飽和または不飽和一価炭化水素基、もしくは炭素数6~30の芳香族基で、少なくとも1つの炭素上の水素原子がフッ素原子で置換されている炭化水素基であり、bは0ではない正の数、a+bは0.3以上かつ2.5未満であり、a/bが5/95以上95/5未満である]
A group of fumed silica particles having a secondary aggregation level is prepared by mixing a hydrophobic rich silica raw material obtained by hydrophobizing the surface silanol groups and a hydrophilic rich silica raw material having residual surface silanol groups at a predetermined ratio. Stages and
By adding the prepared fumed silica particle group at the secondary aggregation level to water and shearing at a shear rate of a predetermined value or higher, the lower aggregates of the fumed silica particle group are highly coagulated by non-chemical bonding. At the stage of forming an aqueous dispersion containing a network-like surrounding structure having a space formed inside, which is a group of fumed silica particles forming an aggregate.
It has a step of adding an oil component to form an emulsion in the generated aqueous dispersion.
As a result, the composite particle group in the form of containing oil is contained in the network-like surrounding structure formed by the fumed silica particle group at the secondary aggregation level , and creaming or creaming or creaming is performed in the visual evaluation result after 1 month of storage at room temperature. A method for producing an oil-in-water emulsion, which is characterized in that no sedimentation separation is observed .
A method for producing an oil-in-water emulsion, wherein the oil content is an organopolysiloxane having an average composition represented by the general formula (1).
R 1 a R 2 b SiO (4-ab) / 2 (1)
[In formula (1), R 1 may be the same or different in the molecule, and is a substituted or unsaturated saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 25 carbon atoms, substituted or unsubstituted. Carbon number 6
It is an aromatic group to 30, a hydroxyl group, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrogen atom, and R 2 may be the same or different in the molecule, and is saturated or unsaturated with 1 to 25 carbon atoms. A saturated monovalent hydrocarbon group, or an aromatic group having 6 to 30 carbon atoms, in which a hydrogen atom on at least one carbon is substituted with a fluorine atom, and b is a positive non-zero number. a + b is 0.3 or more and less than 2.5, and a / b is 5/95 or more and less than 95/5] .
前記水分散体の生成段階前に、ネットワーク状包囲構造体の形態を調整するように、所定配合割合で、2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤とを配合する段階を有する、請求項4に記載の水中油型エマルジョンの製造方法。 Prior to the formation step of the aqueous dispersion, there is a step of blending the fumed silica particle group at the secondary aggregation level and the organic surfactant at a predetermined blending ratio so as to adjust the morphology of the network-like surrounding structure. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 4. 前記ネットワーク状包囲構造体は、親水リッチな下位の凝集体の高密度部分が水相と接し、疎水リッチな下位の凝集体の高密度部分が他の疎水リッチな下位の凝集体と接し、内部に油分が含有した空間を形成する自己ミセル的凝集体を含む、請求項4または請求項5に記載の水中油型エマルジョンの製造方法。 In the network-like surrounding structure, the high-density portion of the lower hydrophilicity-rich aggregate is in contact with the aqueous phase, and the high-density portion of the hydrophobic-rich lower aggregate is in contact with other hydrophobic-rich lower aggregates. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 4 or 5, which comprises a self-micellar aggregate that forms a space containing oil. 前記2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群と有機界面活性剤との配合段階は、自己ミセル的凝集体が包囲する油滴に対する自己ミセル的凝集体の固着性を調整するように、所定配合割合を決定する段階を含む、請求項6に記載の水中油型エマルジョンの製造方法。 The compounding step of the fumed silica particle group at the secondary aggregation level and the organic surfactant is a predetermined compounding ratio so as to adjust the adhesion of the self-micellar aggregate to the oil droplets surrounded by the self-micellar aggregate. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 6, which comprises a step of determining. 前記2次凝集レベルのフュームドシリカ粒子群の準備段階は、自己ミセル的凝集体の割合を調整するように、フュームドシリカ粒子群の各々における表面親水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数/前記フュームドシリカ粒子群の各々における表面疎水基のモル数の前記フュームドシリカ粒子群にわたる合計モル数である合計モル数比率を、所定範囲として、疎水リッチなシリカ原料と親水リッチなシリカ原料とを混合する段階を有する、請求項6に記載の水中油型エマルジョンの製造方法。 The preparatory stage of the fumed silica particle group at the secondary aggregation level is the fumed silica particle group having the number of moles of surface hydrophilic groups in each of the fumed silica particle groups so as to adjust the proportion of self-micellar aggregates. Total number of moles over / total number of moles of surface hydrophobic groups in each of the fumed silica particle groups, which is the total number of moles over the fumed silica particle group, is set as a predetermined range, and the hydrophobic rich silica raw material and hydrophilicity are used. The method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 6, which comprises a step of mixing with a rich silica raw material. 請求項7または8に記載の水中油型エマルジョンの製造方法により製造される水中油型エマルジョンを利用して、スプレードライ法により水相を蒸発させることにより、所定範囲の粒径のバラツキを有する粒状物または粉体を形成する段階をさらに有する、ことを特徴とする粒状物または粉体の形成方法。 Granules having a variation in particle size within a predetermined range by evaporating the aqueous phase by a spray-drying method using the oil-in-water emulsion produced by the method for producing an oil-in-water emulsion according to claim 7 or 8. A method for forming a granular material or powder, which further comprises a step of forming the product or powder.
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